VADĪTSPĒJA: FORMULAS, APRĒĶINS, PIEMĒRI, VINGRINĀJUMI - FIZISKĀ - 2025

Vadītspēja diriģenta ir definēts kā, cik viegli tas ir, lai ļautu elektrisko strāvu caurlaide. Tas ir atkarīgs ne tikai no tā izgatavošanai izmantotā materiāla, bet arī no tā ģeometrijas: garuma un šķērsgriezuma laukuma.

Vadītspējas simbols ir G, un tas ir elektriskās pretestības R apgriezts lielums, nedaudz pazīstamāks lielums. SI vadītspējas vienība ir oma apgrieztā daļa, apzīmēta ar Ω ^-1 un tiek saukta par siemens (S).

1. attēls. Vadītspēja ir atkarīga no vadītāja materiāla un ģeometrijas. Avots: Pixabay.

Citi elektrībā lietotie termini, kas izklausās līdzīgi vadītspējai un ir saistīti, ir vadītspēja un vadītspēja, taču tos nevajadzētu sajaukt. Pirmais no šiem terminiem ir tās vielas raksturīgais īpašums, no kuras tiek izgatavots vadītājs, un otrais apraksta elektriskā lādiņa plūsmu caur to.

Elektriskajam vadītājam ar nemainīgu A laukuma šķērsgriezumu, garumu L un vadītspēju σ vadītspēju aprēķina ar:

Jo augstāka vadītspēja, jo augstāka vadītspēja. Turklāt, jo lielāks šķērsgriezuma laukums, jo vienkāršāk diriģentam ir iet caur strāvu. Tieši pretēji - jo lielāks garums L, jo zemāka ir vadītspēja, jo pašreizējie nesēji zaudē vairāk enerģijas garākos ceļos.

Kā tiek aprēķināta vadītspēja?

Vadītāja vadītspēja ar nemainīgu šķērsgriezuma laukumu G tiek aprēķināta saskaņā ar iepriekš doto vienādojumu. Tas ir svarīgi, jo, ja šķērsgriezums nav konstants, jums ir jāizmanto integrētie aprēķini, lai atrastu gan pretestību, gan vadītspēju.

Tā kā tā ir pretestības apgrieztā vērtība, vadītspēju G var aprēķināt, zinot, ka:

Faktiski vadītāja elektrisko pretestību var izmērīt tieši ar multimetru - ierīci, kas mēra arī strāvu un spriegumu.

Vadītspējas vienības

Kā sākumā teikts, vadītspējas vienība starptautiskajā sistēmā ir Siemens (S). Diriģenta vadītspēja ir 1 S, ja strāva caur to palielinās par 1 ampēru katram potenciāla starpības voltam.

Redzēsim, kā tas ir iespējams, izmantojot Ohma likumu, ja tas ir rakstīts vadītspējas izteiksmē:

Kur V ir sprieguma vai potenciāla starpība starp vadītāja galiem, un I ir strāvas intensitāte. Runājot par šiem lielumiem, formula izskatās šādi:

Iepriekš vadītspējas vienība bija mho (atpakaļ rakstīts oms), kas apzīmēts ar Ʊ, kas ir apgriezta kapitāla omega. Šis apzīmējums vairs netika izmantots un tika aizstāts ar Siemens par godu vācu inženierim un izgudrotājam Ernstam fon Siemensam (1816-1892), telekomunikāciju pionierim, taču abi ir pilnīgi līdzvērtīgi.

2. attēls. Vadītspēja un pretestība. Avots: Wikimedia Commons. Ideju laboratorija

Citās mērīšanas sistēmās statsiemens (statS) (cgs vai centimetru-gramu sekundes sistēmā) un absiemens (abS) (elektromagnētiskā cgs sistēma) tiek izmantots ar “s” beigās, nenorādot vienskaitli vai daudzskaitli, un kas nāk no pareiza vārda.

Daži ekvivalenti

1 statS = 1,11265 x 10 ^-12 siemens

1 abS = 1 x 10 ⁹ siemens

Piemēri

Kā minēts iepriekš, pretestības vadītspēja ir tūlīt zināma, nosakot apgriezto vai abpusējo vērtību. Tādā veidā elektriskā pretestība 100 omi ir līdzvērtīga, piemēram, 0,01 siemenam.

Šeit ir vēl divi vadītspējas izmantošanas piemēri:

Vadītspēja un vadītspēja

Tie, kā jau norādīts, ir atšķirīgi termini. Vadītspēja ir tās vielas īpašība, no kuras ir izgatavots vadītājs, savukārt vadītspēja ir piemērota vadītājam.

Vadītspēju var izteikt ar G kā:

σ = G. (mazāks / mazāks)

Šeit ir tabula ar bieži izmantoto vadošo materiālu vadītspēju:

1. tabula . Dažu vadītāju vadītspējas, pretestības un siltuma koeficienti. Atsauces temperatūra: 20 ºC.

Metāls	σ x 10 6 (S / m)	ρ x 10 -8 (Ω.m)	α ºC -1
Sudrabs	62,9	1.59	0,0058
Vara	56,5	1,77	0,0038
Zelts	41,0	2.44	0,0034
Alumīnijs	35.4	2.82	0,0039
Volframs	18,0	5.60	0,0045
Dzelzs	10.0	10.0	0,0050

Ja jums ir ķēdes ar rezistoriem paralēli, dažreiz ir nepieciešams iegūt līdzvērtīgu pretestību. Zinot ekvivalentās pretestības vērtību, rezistoru kopai var aizstāt vienu vērtību.

3. attēls. Rezistoru asociācija paralēli. Avots: Wikimedia Commons. Nav sniegts neviens mašīnlasāms autors. Soteke pieņēma (pamatojoties uz autortiesību pretenzijām). .

Šai rezistora konfigurācijai ekvivalento pretestību piešķir:

G _eq = G ₁ + G ₂ + G ₃ +… G _n

Tas ir, ekvivalenta vadītspēja ir vadītspēju summa. Ja vēlaties uzzināt līdzvērtīgu pretestību, vienkārši apgrieziet rezultātu.

Vingrinājumi

- 1. vingrinājums

a) Uzrakstiet Ohmas likumu par vadītspēju.

b) Atrodiet 5,4 cm garu un 0,15 mm diametru volframa stieples vadītspēju.

c) Tagad caur vadu tiek izvadīta strāva 1,5 A. Kāda ir iespējamā atšķirība starp šī diriģenta galiem?

Risinājums

No iepriekšējām sadaļām jums:

V = I / G

Aizstājot pēdējo pirmajā, tas izskatās šādi:

Kur:

-I ir strāvas intensitāte.

-L ir diriģenta garums.

-σ ir vadītspēja.

-A ir šķērsgriezuma laukums.

Risinājums b

Lai aprēķinātu šī volframa stieples vadītspēju, nepieciešama tā vadītspēja, kas atrodama 1. tabulā:

σ = 18 x10 ⁶ S / m

L = 5,4 cm = 5,4 x 10 ^-2 m

D = 0. 15 mm = 0,15 x 10 ^-3 m

A = π.D ² /4 = π. (0.15 x 10 ^-3 m) ² /4 = 1,77 x 10 ^-8 m ²

Aizstājot vienādojumu, kas mums ir:

G = σ. A / L = 18 x10 ⁶ S / m. 1,77 x 10 ^-8 m ² / 0,15 x 10 ^-3 m = 2120,6 S.

Risinājums c

V = I / G = 1,5 A / 2120,6 S = 0,71 mV.

- 2. vingrinājums

Atrodiet ekvivalento pretestību šādā shēmā un, zinot, ka i _o = 2 A, aprēķiniet i _x un ķēdes izkliedēto jaudu:

4. attēls. Ķēde ar rezistoriem paralēli. Avots: Aleksandrs, C. 2006. Elektrisko ķēžu pamati. 3. Izdevums. Makgreiva kalns.

Risinājums

Pretestības ir uzskaitītas: R ₁ = 2 Ω; R ₂ = 4 Ω; R ₃ = 8 Ω; R ₄ = 16 Ω

Tad katrā gadījumā tiek aprēķināta vadītspēja: G ₁ = 0,5 Ʊ; G ₂ = 0.25 Ʊ; G ₃ = 0,125 Ʊ; G ₄ = 0.0625 Ʊ

Visbeidzot, tie tiek pievienoti, kā norādīts iepriekš, lai atrastu līdzvērtīgu vadītspēju:

G _ekv = G ₁ + G ₂ + G ₃ +… G _n = 0,5 Ʊ + 0,25 Ʊ + 0,125 Ʊ + 0,0625 Ʊ = 0,9375 Ʊ

Tāpēc R _eq = 1,07 Ω.

Sprieguma pāri R ₄ ir V ₄ = i _o . R ₄ = 2 A. 16 Ω = 32 V, un tas ir vienāds visiem rezistoriem, jo ​​tie ir savienoti paralēli. Tad ir iespējams atrast strāvas, kas plūst caur katru pretestību:

-i ₁ = V ₁ / R ₁ = 32 V / 2 Ω = 16 A

-i ₂ = V ₂ / R ₂ = 32 V / 4 Ω = 8 A

-i ₃ = V ₃ / R ₃ = 32 V / 8 Ω = 4 A

-i _x = i ₁ + i ₂ + i ₃ + i _o = 16 + 8 + 4 + 2 A = 30 A

Visbeidzot, izkliedētā jauda P ir:

P = (i _x ) ² . R _eq = 30 A x 1,07 Ω = 32,1 W

Atsauces

1. Aleksandrs, C. 2006. Elektrisko shēmu pamati. 3. Izdevums. Makgreiva kalns.
2. Pārrēķins megaampere / milivolt uz Absiemens Kalkulators. Atgūts no: pinkbird.org.
3. García, L. 2014. Elektromagnētisms. 2. Izdevums. Santanderas rūpniecības universitāte. Kolumbija.
4. Knight, R. 2017. Fizika zinātniekiem un inženierija: stratēģijas pieeja. Pīrsons.
5. Roller, D. 1990. Fizika. Elektrība, magnētisms un optika. II sējums. Redakcijas reverss.
6. Wikipedia. Elektriskā vadītspēja. Atgūts no: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Siemens. Atgūts no: es.wikipedia.org.