LAIDUMAS: FORMULĖS, SKAIČIAVIMAS, PAVYZDŽIAI, PRATIMAI - FIZINIS - 2025

Laidumas ir dirigentas yra apibrėžiamas kaip kaip lengva tai tegul elektros srovė perdavimo. Tai priklauso ne tik nuo jo gamybai naudojamos medžiagos, bet ir nuo jo geometrijos: ilgio ir skerspjūvio ploto.

Laidumui naudojamas simbolis yra G, o tai yra atvirkštinė elektrinė varža R, šiek tiek labiau pažįstamas dydis. SI laidumo vienetas yra atvirkštinė omo dalis, žymima Ω ^-1 ir vadinama siemens (S).

1 pav. Laidumas priklauso nuo laidininko medžiagos ir geometrijos. Šaltinis: „Pixabay“.

Kiti elektros energijoje vartojami terminai, panašūs į laidumą ir susiję, yra laidumas ir laidumas, tačiau jų nereikėtų painioti. Pirmasis iš šių terminų yra būdingas medžiagos, iš kurios pagamintas laidininkas, savybė, o antrasis apibūdina elektros krūvio srautą per jį.

Elektros laidininkui, kurio skerspjūvis yra pastovus A ploto, ilgio L ir laidumo σ, laidumas apskaičiuojamas taip:

Kuo didesnis laidumas, tuo didesnis laidumas. Be to, kuo didesnis skerspjūvio plotas, tuo lengviau laidininkui praeiti srovę. Priešingai, kuo ilgesnis L, tuo mažesnis laidumas, nes dabartiniai nešėjai praranda daugiau energijos ilgesniuose keliuose.

Kaip apskaičiuojamas laidumas?

Laidininko, turinčio pastovų skerspjūvio plotą, laidumas G apskaičiuojamas pagal aukščiau pateiktą lygtį. Tai svarbu, nes jei skerspjūvis nėra pastovus, norėdami rasti pasipriešinimą ir laidumą, turite naudoti vientisą skaičiavimą.

Kadangi tai yra pasipriešinimo atvirkštinė dalis, laidumą G galima apskaičiuoti žinant, kad:

Tiesą sakant, laidininko elektrinę varžą galima išmatuoti tiesiogiai naudojant multimetrą, prietaisą, kuris taip pat matuoja srovę ir įtampą.

Laidumo vienetai

Kaip sakoma pradžioje, laidumo vienetas tarptautinėje sistemoje yra „Siemens“ (S). Sakoma, kad laidininko laidumas yra 1 S, jei srovė per jį padidėja 1 amperu kiekvienam potencialo skirtumo voltui.

Pažiūrėkime, kaip tai įmanoma pagal Ohmo įstatymą, jei jis parašytas laidumo atžvilgiu:

Čia V yra įtampos ar potencialo skirtumas tarp laidininko galų, o I - srovės stipris. Kalbant apie šiuos dydžius, formulė atrodo taip:

Anksčiau laidumo vienetas buvo mho (omas parašytas atgal), žymimas kaip Ʊ, kuris yra apverstas kapitalo omega. Šis žymėjimas nebenaudojamas ir jį pakeitė „Siemens“ vokiečių inžinieriaus ir išradėjo Ernsto Von Siemenso (1816–1892), telekomunikacijų pradininko, garbei, tačiau abu jie yra visiškai lygiaverčiai.

2 pav. Laidumas palyginti su pasipriešinimu. Šaltinis: „Wikimedia Commons“. Minties bakas

Kitose matavimo sistemose statsiemensas (statS) (cg arba centimetre-gramo sekundės sistemoje) ir absiemensas (abS) (elektromagnetinė cgs sistema) yra pažymėti „s“ gale, nenurodant vienaskaitos ar daugiskaitos, ir kurie kilę iš tinkamo vardo.

Kai kurie atitikmenys

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

1 abS = 1 x 10 ⁹ siemens

Pavyzdžiai

Kaip minėta anksčiau, turint pasipriešinimą, laidumas iškart žinomas nustatant atvirkštinę arba grįžtamąją vertę. Tokiu būdu, pavyzdžiui, 100 omų elektrinė varža yra lygi 0,01 siemens.

Čia yra dar du laidumo naudojimo pavyzdžiai:

Laidumas ir laidumas

Kaip jau minėta, jie yra skirtingi terminai. Laidumas yra medžiagos, iš kurios pagamintas laidininkas, savybė, o laidumas laidininkui yra tinkamas.

Laidumas gali būti išreiškiamas kaip G kaip:

σ = G. (netaikoma)

Čia yra lentelė su dažnai naudojamų laidžių medžiagų laidumu:

1 lentelė . Kai kurių laidininkų laidumai, varžos ir šiluminis koeficientas. Etaloninė temperatūra: 20 ºC.

Metalas	σ x 10 6 (S / m)	ρ x 10 -8 (Ω m)	α ºC -1
sidabras	62,9	1.59	0,0058
Varis	56,5	1,77	0,0038
Auksas	41,0	2.44	0,0034
Aliuminis	35.4	2.82	0,0039
Volframas	18,0	5.60	0,0045
Geležies	10,0	10,0	0,0050

Kai lygiagrečiai turite grandines su rezistoriais, kartais reikia gauti lygiavertį pasipriešinimą. Žinant lygiaverčio pasipriešinimo vertę, galima pakeisti vieną varžų rinkinio vertę.

3 pav. Rezistorių asociacija lygiagrečiai. Šaltinis: „Wikimedia Commons“. Nepateiktas mašininio skaitymo autorius. Soteke padarė prielaidą (remdamasis autorių teisių pretenzijomis). .

Šiai rezistoriaus konfigūracijai ekvivalentinis pasipriešinimas pateikiamas:

G _eq = G ₁ + G ₂ + G ₃ +… G _n

Tai yra, lygiavertis laidumas yra laidumų suma. Jei norite sužinoti lygiavertį pasipriešinimą, tiesiog apverskite rezultatą.

Pratimai

- 1 pratimas

a) Parašykite Ohmo dėsnį laidumo atžvilgiu.

b) Raskite 5,4 cm ilgio ir 0,15 mm skersmens volframo vielos laidumą.

c) Dabar per vielą praleidžiama 1,5 A srovė. Kuo skiriasi šio laidininko galai?

Sprendimas

Iš ankstesnių skyrių turite:

V = I / G

Pakeitus pastarąjį pirmuoju, atrodo taip:

Kur:

-I yra srovės stipris.

-L yra laidininko ilgis.

-σ yra laidumas.

-A yra skerspjūvio plotas.

B sprendimas

Norint apskaičiuoti šio volframo laido laidumą, reikalingas jo laidumas, kuris pateiktas 1 lentelėje:

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

Pakeisdami lygtį, kurią turime:

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.

C sprendimas

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

- 2 pratimas

Suraskite ekvivalentinę varžą šioje grandinėje ir žinodami, kad i _o = 2 A, apskaičiuokite i _x ir grandinės išsklaidytą galią:

4 pav. Grandinė su rezistoriais lygiagrečiai. Šaltinis: Alexander, C. 2006. Elektros grandinių pagrindai. 3-ioji. Leidimas. McGraw Hill.

Sprendimas

Atsparumai yra išvardyti: R ₁ = 2 Ω; R ₂ = 4 Ω; R ₃ = 8 Ω; R ₄ = 16 Ω

Tada kiekvienu atveju apskaičiuojamas laidumas: G ₁ = 0,5 Ʊ; G ₂ = 0.25 Ʊ; G ₃ = 0,125 Ʊ; G ₄ = 0,0625 Ʊ

Ir galiausiai jie pridedami, kaip nurodyta anksčiau, norint rasti lygiavertį laidumą:

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

Todėl R _eq = 1,07 Ω.

Skersai R įtampos ₄ yra V ₄ = i _o . R ₄ = 2 A. 16 Ω = 32 V, ir jis yra vienodas visiems rezistoriams, nes jie yra sujungti lygiagrečiai. Tada galima rasti sroves, tekančias per kiekvieną pasipriešinimą:

-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

Galiausiai išsklaidyta galia P yra:

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

Nuorodos

1. Aleksandras, C. 2006. Elektros grandinių pagrindai. 3-ioji. Leidimas. McGraw Hill.
2. Konvertuoti megaamperį / milivolt į absiemens skaičiuoklę. Atkurta iš: pinkbird.org.
3. García, L. 2014. Elektromagnetizmas. 2-asis. Leidimas. Pramoninis Santanderio universitetas. Kolumbija.
4. Knight, R. 2017. Fizika mokslininkams ir inžinerijai: strategijos metodas. Pearsonas.
5. Roller, D. 1990. Fizika. Elektra, magnetizmas ir optika. II tomas. Redakcijos revertas.
6. Vikipedija. Elektros laidumas. Atkurta iš: es.wikipedia.org.
7. Vikipedija. „Siemens“. Atkurta iš: es.wikipedia.org.