Kulona likums – divu punktveida lādiņu [q1] un [q2] mijiedarbības spēks ir centrāls, tieši proporcionāls lādiņu lielumiem un apgriezti proporcionāls to savstarpējā attāluma [r] kvadrātam. Kulona likumu, kurš ir analoģisks Ņūtona gravitācijas likumam, Šarls Ogistēns Kulons (Francija) precīzā eksperimentā konstatēja 1785.gadā, lai gan dažus gadus iepriekš Henrijs Kevendišs (Anglija) to bija pierādījis.
Taču H. Kevendiša darbs nebija plaši pazīstams.
Kulona likums skalārā formā
kur: 8.988×109 N m2 C-2
F ir Kulona spēks,
q1 ir pirmā lādiņa lielums,
q2 ir otrā lādiņa lielums,
r ir attālums starp lādiņiem,
Vienādzīmju lādiņi atgrūžas, pretēju zīmju lādiņi pievelkas
Kulona likums vektoriālā formā
vec{F}_{12} = k frac{q_1 q_2}{r_{12}^3}vec{r}_{12}
kur
vec{F} ir Kulona spēka vektors,
q_1 ir pirmā lādiņa lielums, uz
kuru iedarbojas spēks,
q_2 ir otrā lādiņa lielums,
vec{r}_{12}=vec{r}_1-vec{r}_2 ir
rādiusvektors no q_2 līdz
q_1,
vec{r}_1 ir
q_1 rādiusvektors,
vec{r}_2 ir
q_2 rādiusvektors, un
r_{12} ir
vec{r}_{12} modulis,
k = frac{1}{4 pi epsilon_0} approx
8.988×109N m2C-2
Kulona spēkam ir pareizs Ņūtona trešais likums, jo vec{F}_{21} =
-vec{F}_{12}. Ja savietojam atskaites sistēmas sākumpunktu
O_1 ar vienu no lādiņiem (q_2 )
un otra lādiņa (q_1 ) rādiusvektors ir
vec{r} = vec{r}_{12}, tad Kulona likums ir rakstāms formā
vec{F} = vec{F}_{12} = k frac{q_1 q_2}{r^3}
vec{r}
Georgs Simons Oms (Georg Simon Ohm; dzimis 1789. gada 16. martā, miris 1854. gada 6. jūlijā) bija vācu fiziķis.
Būdams skolotājs, Oms sāka pētījumus, izmantojot Alesandro Voltas izgudroto ķīmisko bateriju. Viņš konstatēja, ka strāva, kas plūst caur vadu, ir proporcionāla vada šķērsgriezuma laukumam un apgriezti proporcionāla tā garumam. Pētījumu rezultāti ļāva nodefinēt pamatsakarības starp spriegumu, strāvu un pretestību.
To var uzskatīt par elektrisko ķēžu analīzes pirmsākumu.
Oma likums – paredz, ka elektriskajā ķēdē pastāv sakarība starp ķēdes posma spriegumu un strāvu. Strāvas stiprums [I] ir tieši proporcionāls
spriegumam [U]. Cik reizes izmaina spriegumu, tik pat reižu izmainās strāvas stiprums. Strāvas stiprums [I] ir atkarīgs arī no patērētāja elektriskās pretestības [R]. Jo lielāka ir pretestība, jo mazāka strāva plūst vadītājā. Strāvas stiprums ir apgriezti proporcionāls elektriskajai pretestībai.
Oma likums ar formulu tiek izteikts šādi:
Vēsture
Sakarību starp elektriskās ķēdes posma spriegumu un strāvu 1827. gadā noskaidroja vācu zinātnieks Georgs Simons Oms (1787 – 1854), kas, mācot ģimnāzijā fiziku, nodarbojās ar elektriskās strāvas īpašību pētīšanu.
Oma likuma izmantošana
Oma likumu var izmantot elektriskās pretestības mērvienības – oma noteikšanai. Patērētāja pretestība ir vienu omu liela, ja, pieslēdzot 1V spriegumam, pa to plūst 1A stipra strāva.
Par 1 omu mazāku pretestību noteikšanai izmanto oma decimāldaļas, piemēram, miliomus. Par omu lielāku pretestību noteikšanai izmanto apzīmējumus kā kilooms un megaoms.
Maikls Faradejs (Michael Faraday, 1791. gada 22. septembris – 1867. gada 25. augusts) bija angļu fiziķis.
Ikviena izcila zinātnieka dzīve izraisa daudz dažādu nostāstu. Bet Faradeja mūžs bija tik bagāts notikumiem, ka to būtu gana vairāku vidusmēra cilvēku mūžam. Viņš piedzima Londonas priekšpilsētā kalēja ģimenē. Maikls ieguva tikai pamatizglītību un no trīspadsmit gadu vecuma strādāja par grāmatsējēju grāmatu veikalā. Tur viņš papildināja zināšanas pašmācības ceļā, lasot iesienamās grāmatas. Reiz Maikls apmeklēja vienu no dižā angļu fiziķa Hamfrija Deivija lekcijām. Faradejs lekciju rūpīgi pierakstīja, iesēja to un nosūtīja Deivijam. Fiziķis bija tik pārsteigts, ka piedāvāja Faradejam kļūt par viņa sekretāru. Drīz pēc tam Deivijs devās ceļojumā pa Eiropu un ņēma Faradeju līdzi. Divu gadu laikā viņi apmeklēja Eiropas lielākās universitātes. 1815. gadā atgriezies Londonā, Faradejs sāka strādāt par asistentu kādā no Londonas Karaliskā institūta laboratorijām. Tolaik tā bija viena no labākajām fizikas laboratorijām pasaulē. 1825. gadā viņš nomainīja Deiviju laboratorijas vadītāja amatā. Institūta ēkā Faradejs pieticīgi un noslēgti nodzīvoja visu mūžu. Viņš sniedza daudzas konsultācijas dažādiem rūpniecības uzņēmumiem, taču honorārus allaž veltīja labdarības mērķiem.
Pirmie zinātnieka pētījumi bija veltīti ķīmijas problēmām. Viņš atklāja benzolu un pirmoreiz ieguva sašķidrinātās gāzes. Taču nozīmīgākie Faradeja darbi saistīti ar elektrību un magnētismu. Viņš pierādīja, ka, laižot strāvu caur stiepli, kas uztīta uz dzelzs serdes, dzelzs pārvēršas par magnētu. Izņēmis serdi, Faradejs konstatēja, ka stieples spirāles magnētiskās īpašības nav mainījušās. Šo ierīci viņš nosauca par elektromagnētu. Nākamajā eksperimentā Faradejs uz tās pašas dzelzs serdes uztina citu, izolētu, spirāli. Zinātnieks konstatēja, ka, serdi izvelkot, spirālē rodas strāva. Šo parādību viņš nosauca par elektromagnētisko indukciju. Indukcija ir tādu plaši izplatītu ierīču kā transformators un ģenerators darbības principa pamatā. Šie atklājumi padarīja Faradeja vārdu nemirstīgu un aizsāka elektrības praktiskās izmantošanas ēru.
Transformatora darbības princips – Transformatora darbība pamatojas uz elektromagnētiskās indukcijas parādību. Kad vienam no tinumiem (to dēvē par primāro tinumu) pieslēdz ārēju sprieguma avotu, caur šo tinumu plūstošā maiņstrāva rada magnētvadā mainīgu magnētisko plūsmu. Savukārt mainīgā magnētiskā plūsma inducē visos transformatora tinumos (t. sk. arī primārajā) elektrodzinējspēku, kas tieši proporcionāls attiecīgā tinuma (sekundārā tinuma) vijumu skaita attiecībai pret primārā tinuma vijumu skaitu. Ja sekundārie tinumi nav pieslēgti slodzei (transformators darbojas tukšgaitā), primārajā tinumā inducējas tāds elektrodzinējspēku, kas gandrīz pilnīgi kompensē ārējā barošanas avota spriegumu, tādēļ primārajā tinumā plūst samērā niecīga strāva (to nosaka primārā tinuma induktīvā pretestība.
Ja kādu no sekundārajiem tinumiem pieslēdz slodzei, šajā tinumā sāk plūst strāva, kas savukārt arī rada magnētisko plūsmu magnētvadā, turklāt šī plūsma vērsta pretēji primārā tinuma radītajai. Tā rezultātā spriegumu jeb elektrodzinējspēku kompensācija primārajā tinumā tiek izjaukta un primārajā tinumā sāk plūst strāva, kas palielinās tik ilgi, kamēr magnētiskā plūsma sasniedz iepriekšējo lielumu.
Strāva sekundārajā tinumā apgriezti proporcionāla tā vijumu skaita attiecībai pret primārā tinuma vijumu skaitu. Spriegumu attiecība pirmajā tuvinājumā saglabājas tāda pati kā tukšgaitas režīmā. Tādējādi, ja sekundārajā tinumā ir vairāk vijumu nekā primārajā, tas dos lielāku spriegumu un mazāku strāvu, nekā ārējais avots, kas pieslēgts primārajam tinumam (tas būs paaugstinošais transformators). Savukārt, ja sekundārajā tinumā ir mazāk vijumu nekā primārajā, tas dos mazāku spriegumu un lielāku strāvu – tas būs pazeminošais transformators. Vienā un tai pašā transformatorā var vienlaicīgi var būt gan paaugstinošie, gan pazeminošie sekundārie tinumi. Tinumus, kas paredzēti lielākām strāvām, tin no resnāka vada. Dažkārt elektrotehnikā lieto arī tādus transformatorus, kam primārā un sekundārā tinuma vijumu skaits ir vienāds – tie ir atdalošie transformatori. Jāatceras, ka ar transformatoru var pārveidot tikai maiņstrāvu, līdzstrāvas pārveidošanai tie nav derīgi. Pieslēdzot transformatoram līdzstrāvu, sekundārajā tinumā spriegums inducējas tikai strāvas atslēgšanas brīdī. Ja sekundārajā tinumā vijumu ir ļoti daudz, tajā rodas augstsprieguma impulss, kas var radīt elektrisko dzirksteli starp tinuma izvadiem – ierīces, kas izmanto šo parādību, sauc par indukcijas spolēm.
Heinrihs Rudolfs Hercs (Heinrich Rudolf Hertz; dzimis 857. gada 22. februārī, miris 1894. gada 1. janvārī) bija vācu fiziķis.
Galvenie Herca sasniegumi ir elektromagnētisko viļņu eksistences praktiskā pierādīšana un Džeima Klerka Maksvela teorijas eksperimentāla apstiprināšana.
Elektromagnētisms
Karlsrūes Universitātē Hercs pievērsās elektromagnētisma pētījumiem. Viņš palīdzēja atklāt Fotoelektrisko efektu, novērojot, ka uzlādēts ķermenis zaudē lādiņu, ja to apstaro ar ultravioleto gaismu. Šo parādību vēlāk izpētīja un aprakstīja citi.
Herca raidītāja un uztvērēja shēma.
Pazīstamākie herca pētījumi saistīti ar elektromagnētisko viļņu atklāšanu. Hercs izveidoja elektromagnētisko viļņu raidītāju, kas sastāvēja no indukcijas spole un diviem metāla stieņiem, ar dzirksteļspraugu starp tiem. Par uztvērēju tika izmantota vada cilpa ar dzirksteļspraugu. Hercs novēroja, ka, ja potenciāls starp raidītāja stieņiem kļūst pietiekoši liels un starp tiem lec dzirkstele, dzirkstele novērojama arī uztvērēja dirksteļspraugā. Tādējādi tika pierādīta elektromagnētisko viļņu eksistence, ko teorētiski bija paredzējis Džeims Maksvels.
Hercs turpināja dažādus eksperimentus novietojot starp raidītāju un uztvērēju dažādus materiālus un secināja ka atklātie viļņi izplatās caur nevadošiem materiāliem, bet vadoši materiāli tos atstaro. Turpmākajos eksperimentos tika noskaidrots, ka elektromagnētiskie viļņi ir līdzīgi gaismai, un tiem ir tāds pats izplatīšanās ātrums, bet lielāks viļņa garums. Herca eksperimenti kopumā izskaidroja elektromagnētisko viļņu ātrumu, atstarošanu, laušanu un interferenci.
Radiosakari – ir bezvadu informācijas pārraide, izmantojot radioviļņus.
Radiosakaru darbības princips
Radiosakaru princips ir šāds: augstfrekvences maiņstrāva, kura radīta raidītāja antenā, izraisa apkārtējā telpā ātri mainīgu elektromagnētisko lauku, kurš izplatās elektromagnētisko viļņu veidā. Sasniedzot uztvērējantenu, elektromagnētiskie viļņi ierosina tajā maiņstrāvu ar tādu pašu frekvenci, ar kādu darbojas raidītājs. Bet, lai varētu pārraidīt radiosakarus, nepieciešams modulēt radioviļņus izstarošanas un uztveršanas brīdī. Lai radiovilni varētu modulēt, vispirms skaņu ar mikrofonu pārveido maiņstrāvā ar tādu pašu frekvenci, kāda ir skaņai. Pēc tam šo maiņstrāvu pastiprina zemfrekvences (ZF) pastiprinātājā un pievada raidītāja modulatoram. Modulatorā maiņstrāvas frekvences maina amplitūdu vai frekvenci uz augstfrekvences (AF) svārstībām, kuras pastiprina augstfrekvences pastiprinātājā un no raidītāja pa kabeli (fideru) padod uz antenu. Antena modulēto augstfrekvences strāvu izstaro kā noteiktas frekvences radiovilni.
Radioviļņu modulācija
Radioviļņu modulācija ir nepieciešama, jo skaņas frekvences svārstības ir salīdzinoši lēnas svārstības, bet zemfrekvences (skaņas frekvences) elektromagnētiskie viļņi gandrīz nemaz netiek izstaroti, tādēļ ir nepieciešams iegūt augstfrekvences svārstības, kuras izstaro antena. Lai radiovilni varētu modulēt, vispirms skaņu ar mikrofonu pārveido maiņstrāvā ar tādu pašu frekvenci, kāda ir skaņai. Pēc tam šo maiņstrāvu pastiprina zemfrekvences (ZF) pastiprinātājā un pievada raidītāja modulatoram. Modulatorā maiņstrāvas frekvences maina amplitūdu vai frekvenci uz augstfrekvences (AF) svārstībām, kuras pastiprina augstfrekvences pastiprinātājā un no raidītāja pa kabeli (fideru) padod uz antenu. Antena modulēto augstfrekvences strāvu izstaro kā noteiktas frekvences radiovilni.
Raidījuma uztveršanai lieto uztverošo antenu, kurā tiek inducēta augstfrekvences maiņstrāva, ko padod uz radiouztvērēju. Uztvērējā vājā modulētā augstfrekvences maiņstrāva tiek pastiprināta un izdalītas vajadzīgās frekvences svārstības, kuras detektē ar detektoru, lai pārveidotu skaņas frekvences maiņstrāvā. To pastiprina zemfrekvences pastiprinātājā un pievada skaļrunim, lai uztverto raidījumu varētu klausīties.