§20. ԷԼԵԿՏՐԱԿԱՆ ՀՈՍԱՆՔԻ ԱՇԽԱՏԱՆՔՆ ՈՒ ՀԶՈՐՈՒԹՅՈՒՆԸ 

1. Էլեկտրական հոսանքի աշխատանքը

Էլեկտրական հոսանքը կատարում է աշխատանք, երբ լիցքերը շարժվում են հաղորդալարում։

Բանաձևը`

A = U I t

A — աշխատանք
U — լարում
I — հոսանքի ուժ
t — ժամանակ

Չափման միավորը՝ Ջոուլ (Ջ)։

2. Էլեկտրական հոսանքի հզորությունը

Հզորությունը ցույց է տալիս, թե մեկ վայրկյանում որքան աշխատանք է կատարվում։

Բանաձևը`

P = U I

Չափման միավորը՝ Վատ (Վտ)։

3. Ջոուլ-Լենցի օրենք

Այս օրենքը ասում է, որ հաղորդալարում անջատվող ջերմաքանակը կախված է հոսանքի ուժից, դիմադրությունից և ժամանակից։

Q = I^2 R t

Q — ջերմաքանակ
I — հոսանքի ուժ
R — դիմադրություն
t — ժամանակ

4. Շիկացման լամպ

Շիկացման լամպում հոսանքը անցնում է բարակ լարի միջով, որը շիկանում է և լուսավորում։

5. Կարճ միացում

Կարճ միացում առաջանում է, երբ շղթայի դիմադրությունը շատ փոքր է դառնում, և հոսանքի ուժը շատ մեծանում է։
Դա կարող է առաջացնել գերտաքացում և հրդեհ։

6. Ապահովիչներ

Ապահովիչները սարքեր են, որոնք պաշտպանում են էլեկտրական շղթան։
Եթե հոսանքը շատ մեծանա, ապահովիչի լարը հալվում է և անջատում շղթան։

§21. ՋՈՈՒԼ-ԼԵՆՑԻ ՕՐԵՆՔԸ։ ՇԻԿԱՑՄԱՆ ԼԱՄՊ,ԿԱՐՃ ՄԻԱՑՈՒՄ, ԱՊԱՀՈՎԻՉՆԵՐ

Ջոուլ-Լենցի օրենք – հաղորդալարում հոսանքի անցնելու ժամանակ անջատվող ջերմաքանակը`

Q = I^2 R t

Շիկացման լամպ – բարակ մետաղական լարը հոսանքից շիկանում է և լուսավորում։

Կարճ միացում – երբ շղթայի դիմադրությունը շատ փոքր է դառնում և հոսանքը կտրուկ մեծանում է։

Ապահովիչներ – սարքեր են, որոնք մեծ հոսանքի դեպքում հալվում են և անջատում շղթան։

§20Հարցեր և առաջադրանքներ

1. Ի՞նչ բանաձևով են հաշվում հոսանքի աշխատանքը:

A — աշխատանքը (Ջ),
$U$U — լարումը (Վ),
$I$I — հոսանքի ուժը (Ա),
$t$t — ժամանակը (վ)։

2. Ո՞ր ֆիզիկական մեծությունն են անվանում էլեկտրական հոսանքի հզորություն:

Էլեկտրական հոսանքի հզորություն են անվանում այն ֆիզիկական մեծությունը, որը ցույց է տալիս, թե ինչքան աշխատանք է կատարում հոսանքը մեկ միավոր ժամանակում։

Բանաձևը՝

P=tA​

որտեղ՝
$P$P — հզորություն (Վտ),
$A$A — աշխատանք (Ջ),
$t$t — ժամանակ (վ)։

Ի՞նչ բանաձևով են հաշվում հոսանքի հզորությունը:

ոսանքի հզորությունը հաշվում են հետևյալ բանաձևերով․

P=UI

որտեղ
$P$P — հզորություն (Վտ),
$U$U — լարում (Վ),
$I$I — հոսանքի ուժ (Ա)։

3. Հզորության ի՞նչ միավորներ գիտեք: Ինչպե՞ս են առնչվում այդ միավորները վատտին:

Հզորության հիմնական միավորը վատտն է։

1 վատտ նշանակում է՝ 1 ջոուլ աշխատանք 1 վայրկյանում։

Այլ միավորներ՝

Կիլովատ (kW) → 1 kW = 1000 W
Մեգավատ (MW) → 1 MW = 1 000 000 W
Միլիվատ (mW) → 1 mW = 0.001 W
Ձիաուժ (hp) → 1 hp ≈ 746 W

4. Ո՞րն է հոսանքի աշխատանքի ոչ համակարգային միավորը: Գրեք այդ միավորի և ջոուլի կապն արտահայտող հավասարությունը:

Հոսանքի աշխատանքի ոչ համակարգային միավորը կիլովատ-ժամն (kW·h) է։

Այն կապվում է ջոուլի հետ հետևյալ կերպ՝

1 kW·h = 3.6 × 10⁶ J

Այսինքն՝ 1 կիլովատ-ժամը հավասար է 3 600 000 ջոուլի։

5. Վերցրեք ձեր բնակարանի լուսավորման էլեկտրական ջահի լամպերից որևէ մեկը և տետրում գրի առեք լամպի բալոնի վրա նշված տվյալները: Դրանցով հաշվեք լամպի շիկացման թելիկի դիմադրությունը: Որքան էներգիա է ծախսում լամպը 1 ամսում (30 օրում), եթե այն օրական միացված է եղել 3 ժամ: Որքան է պակասել ձեր ընտանիքի բյուջեն 1 ամսում է լամպի աշխատանքի հետևանքով (1 կՎտժամ էլեկտրաէներգիայի սակագինը փնտրեք համացանցում):

Օրինակ վերցնենք լամպ՝ 220 V, 9 W։

1) Դիմադրություն
$R = \frac{V^2}{P} = \frac{220^2}{9} ≈ 5380 Ω$R=PV2​=92202​≈5380Ω

2) Էներգիա 1 ամսում (3 ժ/օր)
$9 W × 3 ժ × 30 օր = 810 Wh = 0.81 կՎտ·ժ$9W×3ժ×30օր=810Wh=0.81կՎտ⋅ժ

3) Վճար (≈47 դրամ/կՎտ·ժ)
$0.81 × 47 ≈ 38 դրամ$0.81×47≈38դրամ

 §21 Հարցեր և առաջադրանքներ

1. Ի՞նչ բանաձևով են հաշվում հոսանքակիր հաղորդիչում անջատվող ջերմաքա-նակը:

Հոսանքակիր հաղորդիչում անջատվող ջերմաքանակը հաշվում են Ջոուլ–Լենցի օրենքով․$$Q = I^2 R t$$Q=I2Rt

որտեղ՝
Q — ջերմաքանակը (Ջ),
I — հոսանքի ուժը (Ա),
R — դիմադրությունը (Օհմ),
t — ժամանակը (վ)։

2. Ձևակերպե՛ք Ջոուլ-Լենցի օրենքը։

Ջոուլ–Լենցի օրենքը ասում է․

Հոսանքակիր հաղորդիչում անջատվող ջերմաքանակը համեմատական է հոսանքի ուժի քառակուսուն, հաղորդիչի դիմադրությանը և հոսանքի անցման ժամանակին։

Մաթեմատիկորեն՝Q=I2Rt

3. Բացատրեք, թե ինչու է տաքանում հաղորդիչը, երբ նրա միջով հոսանք է անցնում:

Հաղորդիչը տաքանում է, որովհետև նրա միջով անցնող էլեկտրոնները շարժվելիս բախվում են մետաղի իոններին (ատոմներին)։

Այս բախումների ժամանակ էլեկտրական էներգիան փոխակերպվում է ջերմային էներգիայի։

Որքան մեծ է հոսանքի ուժը և դիմադրությունը, այնքան ավելի շատ բախումներ են լինում, և հաղորդիչը ավելի է տաքանում (Ջոուլ–Լենցի օրենք)։

4. Ինչպիսի՞ն է շիկացման լամպի կառուցվածքը:

Շիկացման լամպը կազմված է ապակե բալոնից, որի ներսում կա բարակ շիկացման թելիկ (սովորաբար վոլֆրամից)։ Բալոնը լցված է իներտ գազով կամ վակուումով։ Թելիկը միացված է մետաղական կոնտակտներին և հոսանքի անցնելիս շիկանում է ու լուսավորում։

5. Ի՞նչ է Էլեկտրական շղթայի կարճ միացումը: Ի՞նչ անցանկալի երևույթների կարող է հանգեցնել այն:

Կարճ միացումը տեղի է ունենում, երբ շղթայի տարբեր պոտենցիալ ունեցող կետերը միանում են շատ փոքր դիմադրությամբ։
Դրա հետևանքով հոսանքը կտրուկ մեծանում է, ինչը կարող է առաջացնել՝

լարերի տաքացում
մեկուսացման վնասում
սարքերի փչացում
հրդեհի վտանգ

6. Ի՞նչ նպատակով են օգտագործում էլեկտրական ապահովիչը:

Ապահովիչը պաշտպանում է շղթան գերհոսանքից։
Եթե հոսանքը գերազանցում է թույլատրելի արժեքը, ապահովիչի թելիկը հալվում է և անջատում շղթան՝ կանխելով վնասները։

7. Ըստ փաստաթղթերի՝ որոշեք ձեր տանն օգտագործվող էլեկտրական թեյնիկի հզորությունը: Թեյնիկի մեջ ջուր լցրեք: Չափեք ջրի սկզբնական ջերմաստի-ճանը։ Միացրեք էլեկտրական թեյնիկը՝ ջուրը հասցնելով մինչև եռման ջեր-մաստիճանի և գրանցեք տաքացման ժամանակը։ Հաշվեք ջրի տաքացման համար անհրաժեշտ ջերմաքանակը, և այն ջերմաքանակը, որն անջատվում է թեյնիկի ջեռուցող սարքում՝ շնորհիվ հոսանքի ջերմային ազդեցության:

Համեմատեք այդ երկու ջերմաքանակները:

Թեմատիկ խնդիրներ

1. Բնակարանի տաքացման համար օգտագործվող 140 Օմ դիմադրություն ունեցող էլեկտրական ջերմատաքացուցիչը  նախատեսված է 3.5 Ա հոսանքի ուժի համար: Որքա՞ն էներգիա կծախսի այդ ջերմատաքացուցիչը  8 ժամ անընդհատ աշխատելու դեպքում:

Q=I2⋅R⋅t

I2=3.52=12.25

Q=12.25⋅140⋅(8⋅3600)

Քայլ առ քայլ.

12.25 × 140 = 1715
8 ժամ = 28800 վ
1715 × 28800 = 49,392,000 J ≈ 49.4 ՄՋ

Պատ՝ 49.4 ՄՋ

2. Ավտոտնակում  էլեկտրական լամպը մոռացել էին անջատել: Որքա՞ն աշխատանք էր իզուր կատարվել 24 ժամում, եթե լամպը միացված էր 110 Վ լարման ցանցին և նրանով անցնող հոսանքի ուժը 0.8 Ա էր:

Q=U⋅I⋅t

t=24⋅3600=86400վ

Q=110⋅0.8⋅86400

110 × 0.8 = 88
88 × 86400 = 7,603,200 J ≈ 7.6 ՄՋ

Պատ՝ 7.6 ՄՋ

3. 50 Օմ դիմադրություն ունեցող էլեկտրական վարսահարդարիչը միացրեցին 127 Վ լարման ցանցին: Որքա՞ն աշխատանք կկատարի նրանում հոսանքը 15 րոպեի ընթացքում: 

Q=U2/R​⋅t

U2=1272=16129

6129/50≈322.58A2⋅Ω

=322.58⋅900≈290,322J≈0.29ՄՋ

Պատ՝ 0.29 ՄՋ

4. 6 Վ լարման և 2 Ա հոսանքի ուժի դեպքում համակարգչի մարտկոցի լիցքավորումը տևեց 1.5 ժամ: Որոշե՛ք հոսանքի կատարած աշխատանքը այդ ընթացքում: 

A=U⋅I⋅t=6⋅2⋅5400=64,800 Ջ

5. 450 Վտ հզորություն ունեցող հեռուստացույցը, ըստ հաշվիչի ցուցմունքի, ծախսել է 360 կՋ էներգիա: Որքա՞ն ժամանակ է միացված եղել հեռուստացույցը:

t=A/P​=360,000/450​=800 վ =13.3 րոպե

6. Ճեպընթաց էլեկտրագնացքը, որի շարժիչների ընդհանուր հզորությունը 200 կՎտ է, շարժվում է 180 կմ/ժ միջին արագությամբ: Որքա՞ն աշխատանք են կատարում նրա էլեկտրաշարժիչները 560 կմ ճանապարհ անցնելիս:

t=S/v=​560,000/50​=11,200 վ, $A = P \cdot t = 200{,}000 \cdot 11{,}200 = 2.24\cdot10^9 \text{ Ջ}$A

7. Ի՞նչ ջերմաքանակ կանջատվի 80 վ-ում 40 Օմ դիմադրություն ունեցող ջեռուցիչ տարրում, եթե այն միացված է 120 Վ լարման ցանցին: 

P=U2/R​=120²/40​=360 Վտ 1 վայրկյանում $Q = 360 \text{ Ջ}$

8. Հաղորդչի  դիմադրությունը 150 Օմ է, նրանով անցնող հոսանքի ուժը՝ 1.6 Ա: Ի՞նչ ջերմաքանակ կանջատվի նրանում 10 վ-ի ընթացքում: 

Q=I²⋅R⋅t=1.6²⋅150⋅10=3,840 Ջ

9. Շղթայի տեղամասում միմյանց հաջորդաբար միացված են R₁=40 Օմ և R₂ =60 Օմ դիմադրություններով ռեզիստորներ: Տեղամասի ծայրերում լարումը 100 Վ է: 2 րոպեի ընթացքում ի՞նչ ջերմաքանակ կանջատվի հաղորդիչներից յուրաքանչյուրում: Պատասխանը գրել ամբողջ թվի ճշտությամբ: 

R = R₁ + R₂ = 100 Ω
I = U / R = 100 / 100 = 1 A

Q = I^2 R t

Q₁ = 1² × 40 × 120 = 4800 Ջ
Q₂ = 1² × 60 × 120 = 7200 Ջ

Պատ՝ 4800 Ջ, 7200 Ջ։

10. Էլեկտրական ջեռուցչի0.017 Օմ⋅մմ² /մ տեսակարար դիմադրությամբ պղնձե  սնուցող հաղորդալարի երկարությունը 1.5 մ է, լայնական հատույթի մակերեսը՝ 2 մմ² : Որքա՞ն ջերմաքանակ կանջատվի այդ հաղորդալարում 25 րոպեի ընթացքում, եթե շղթայում հոսանքի ուժը 4 Ա է: 

Տրված է՝
ρ = 0.017 Ω·մմ²/մ
l = 1.5 մ
S = 2 մմ²
I = 4 A
t = 25 րոպե = 1500 վ

Դիմադրությունը`

R = ρl / S = 0.017 × 1.5 / 2 = 0.01275 Ω

Q = I^2 R t

Q = 4² × 0.01275 × 1500
Q = 16 × 0.01275 × 1500
Q = 306 Ջ

Պատ՝ 306 Ջ։