Elektrik dövrəsində gərginlik bölgüsü və yükün təsiri
Şagird 12 V mənbəyə iki rezistoru ardıcıl qoşur: R1 = 200 Ω, R2 = 400 Ω. Boş rejimdə R2 üzərində gərginlik 8 V olur. Sonra R2-yə paralel 400 Ω-luq yük qoşulur və R2 üzərindəki gərginlik 6 V-ə düşür. Şagird deyir ki, "gərginlik bölgüsü qanunu pozuldu, deməli hesablama səhvdir". Mənbənin daxili müqaviməti nəzərə alınmır və ideal mənbə kimi qəbul edilir. Dövrədəki cərəyan, güc və yükün təsiri ayrıca təhlil edilməlidir.
1. Boş rejimdə R2 üzərində 8 V olmasını hesablamalarla əsaslandırın və ümumi cərəyanı tapın.
Read the worked answer
Ardıcıl qoşulmada ümumi müqavimət R = R1 + R2 = 200 + 400 = 600 Ω. Cərəyan I = U/R = 12/600 = 0,02 A = 20 mA. R2 üzərində gərginlik U2 = I·R2 = 0,02·400 = 8 V. Bu, gərginlik bölgüsü düsturu ilə də alınır: U2 = U·R2/(R1+R2) = 12·400/600 = 8 V. R1 üzərində isə 4 V düşür, cəmi 12 V verir. Güc hesabı: R2-də P = U2·I = 8·0,02 = 0,16 W. Deməli, boş rejimdə 8 V tam düzgündür və şagirdin ilkin hesablaması doğrudur.
2. Yük qoşulduqdan sonra R2 üzərində gərginliyin 6 V-ə düşməsini izah edin. Yükün müqaviməti və cərəyanı nə qədərdir?
Read the worked answer
Yük R2-yə paralel qoşulduqda onunla birlikdə paralel qol əmələ gətirir. İki 400 Ω paralel birləşmənin ekvivalent müqaviməti R2' = (400·400)/(400+400) = 200 Ω olur. İndi ümumi müqavimət R = 200 + 200 = 400 Ω, cərəyan I = 12/400 = 0,03 A = 30 mA. Paralel qol üzərində gərginlik U = I·R2' = 0,03·200 = 6 V. Bu, verilən 6 V ilə uyğundur. Yükdən keçən cərəyan I_yük = 6/400 = 0,015 A = 15 mA, R2-dən də 15 mA keçir, cəmi 30 mA. Beləliklə, gərginliyin düşməsi qanunun pozulması deyil; yük dövrənin ekvivalent müqavimətini dəyişib, nəticədə bölgü nisbəti dəyişmişdir.
3. Şagirdin "hesablama səhvdir" fikrini təkzib edin və yükün təsirini ümumiləşdirin.
Read the worked answer
Hesablama səhv deyil; şagird gərginlik bölgüsü düsturunu yüksüz hal üçün tətbiq edib, yük qoşulduqdan sonra isə dövrənin strukturunun dəyişdiyini nəzərə almayıb. Yük paralel qoşulduqda həmin qolun ekvivalent müqaviməti azalır, ümumi cərəyan artır və ardıcıl rezistorda düşən gərginlik payı çoxalır. Nəticədə yük üzərindəki gərginlik azalır. Ümumiləşdirmə: real gərginlik bölücüsü yükə bağlandıqda çıxış gərginliyi yüksüz dəyərdən aşağı olur; yükün müqaviməti nə qədər kiçik olsa, təsir bir o qədər güclü olar. Ona görə də dövrə hesablamalarında yükün müqaviməti və mənbənin daxili müqaviməti nəzərə alınmalıdır, əks halda nəticə praktikadan kənara çıxır.