1-Мавзу: Кириш. Ўзгармас ток манбалари ва электр занжирлари Режа

Электр токининг иши ва қуввати
Электр токининг иши дейилганда, электр майдонда зарядланган заррачаларнинг (мусбат зарядланган) потенциали кичикроқ нуқтадан потенциали юқорироқ нуқтага кўчишда бажарилган иш (А) ёки шу ишни бажариш учун сарфланган энергия (W) тушунилади, яъни

Демак, бажарилган иш (ёки сарфланган энергия) кучланиш, ток ва вақтнинг ўзаро кўпайтмасига тенг. Бажарилган ишнинг жадаллигини аниқлаш учун қувват тушунчаси киритилади. Электр токининг қуввати вақт бирлигида бажарилган ишга ёки ишни бажариш учун сарфланган энергияга тенг, яъни

СИ системасида қувватнинг ўлчов бирлиги сифатида ватт (Вт) қабул қилинган. 1Вт=1Ж/1с, яъни 1 ватт қувват ҳосил қилиш учун 1 секунд давомида 1 жоуль иш бажарилиши лозим. Худди шунингдек, электр занжирида ўтказгич учларидаги кучланиш 1В, ток кучи 1А бўлганида 1Вт қувват сарф бўлади (1Вт=1В∙1А). Амалда қувватнинг қуйидаги ўлчов бирликлари: милливатт (мВт) , киловатт (кВт) ва мега ватт (МВт) дан фойдаланилади. Элекр занжиридаги токнинг қуввати ваттметр асбоби билан ўлчанади.
Занжир элемнтларида эришиладиган қувватни кучланиш билан ҳам, ток билан ҳам ростлаш мумкин. Масалан, узатиш линияларида электр энергиясининг иссиқликка сарфланадиган исрофини камайтириш мақсадида, манба берадиган қувватнинг кучланиши оширилади ва шунга мос равишда ток кучи камайтирилади. Линиядаги ток кучи қанчалик кичик бўлса, кучланишнинг пасайиши ҳам шунчалик кичик бўлади. Натижада линиянинг фойдали иш коэффициенти юқори бўлади:
, (1.13)
бу ерда -истеъмолчининг қуввати; -манбанинг қуввати.
Электр энергиясини анча юқори кучланиш билан ўзгармас токда узатиш бирмунча тежамли ҳисобланади. Бунга кучланиши 1500 кВ ли ўзгармас ток электр узатиш линиялари мисол бўла олади.
Халқаро бирликлар системасида энергия бирлиги қилиб жоуль қабул қилинган (1Ж=1Вт∙1с), аммо амалда киловатт∙соатдан ҳам кенг фойдаланилади (1кВт∙соат=1000Вт∙3600 с=3,6∙10⁶ Ж).
Электр токининг иссиқлик таъсири
Электр занжирларидаги қаршилик табиати жиҳатидан механикадаги ишқаланишга ўхшаб кетади, чунки ўтказгичда электр токини ҳсиол қилувчи эркин электронларнинг илгариланма ҳаракати электронларнинг ўтказгич ичида атомлар ёки молекулалар билан қўшимча тўқнашишига сабаб бўлади. Тўқнашишлар (ишқаланишлар) натижасида механик энергия иссиқлик энергиясига айланиб (бунда ишқаланиш кучини енгиш учун маълум бир иш бажарилади), ўтказгич (сим) қизийди. Ом қонунига биноан эканлигини ҳисобга олсак, ток нинг қаршиликли занжир қисмида бажарган иши қуйидагини ташкил этади:
(1.14)
1.14) формула Жоуль-Ленц қонунининг аналитик ифодасидир.
Шундай қилиб, электр энергия иссиқлик энергиясига айланади ва бу энергия ўтказгични қизитишга сарфланиб, атроф муҳитга тарқалади. Иссиқликка айланувчи электр энергия:
(Ж)
ёки
(кал)
Ажралиб чиққан иссиқлик, ток кучи, қаршилик ва вақт орасидаги муносабатни ифодаловчи бу ифодани 1844 йилда бир вақтда рус академиги Э.Х.Ленц тажриба асосида ва инглиз олими Жоуль топган эди. Бу муносабат ҳозир Жоуль-Ленц қонуни деб аталади. Ўтказгичда ток ажратиб чиқарган иссиқлик миқдори ток кучи квадратига, ўтказгичнинг қаршилиги ва токнинг ўтиш вақтига пропорционалдир. (Электр токининг иссиқлик таъсири электр ёритиш, электр пайвандлаш, электр металлургия, электр қизитиш, шунингдек, автоматик назорат асбобларида фойдали ҳисобланади. Аммо электр двигателларда, трансформаторларда ва манба билан истеъмолчиларни бирлаштриувчи узатиш симларида бу иссиқлик зарарлидир. Чунки бунда электр энергиясининг бир қисми иссиқлик энергияси тарзида исроф бўлади. Шунинг учун электр симларнинг кўндаланг кесимини унинг қизиш даражасидан келиб чиқиб танлаш муҳим аҳамиятга эга.
Ўтказгичдан электр токи ўтиши натижасида ҳосил бўлган иссиқлик ўтказгични қизитиб, атроф-муҳитга тарқалади. Электр токи ажратиб чиқарган иссиқлик миқдори ташқи муҳитга тарқалаётган иссиқлик миқдорига тенг бўлганда, ўтказгичда иссиқлик мувозанати юзага келади. Бу температура берилган ўтказгич (сим) учун чегаравий қизиш температураси ҳисобланади. Чегаравий қизиш температурасидан ўтганда ўтказгичнинг температураси ташқи муҳит температурасидан юқори бўлади. Симларнинг ортиқча қизиши уларнинг изоляциясига путур етказиши, очиқ симнинг механик хусусиятларини сусайтириб юбориши мумкин. Қизиган изоляция совуқ совуқ изоляцияга қараганда тезроқ эскириб, электр машиналари ва аппаратларининг хизмат муддатини кескин қисқартиради. Электр симларнинг ортиқча қизиб кетмаслиги учун маълум кўндаланг кесимга эга бўлган ўтказгичдан ўтадиган узоқ вақтли турғун нагрузка токининг миқдорини аниқлаш керак бўлади.
Амалий ҳисоблашларда турли кўндаланг кесимга эга бўлган электр симлар чегаравий нагрузка токларининг қийматлари кўрсатилган тайёр жадваллардан фойдаланилади.