Friotaíocht agus seoltas leictreach

Is éard is friotaíocht leictreach ann, ná an cóimheas idir an difríocht poitéinsil nó an d.p. trasna seoltóra agus an sruth a sreabhann tríd; is í an chainníocht inbhéartach, sé sin an seoltacht leictreach, ná an méid lucht a ritheann tríd in aghaidh an tsoicind. Comhroinneann friotaíocht leictreach roinnt cosúlachtaí choincheapúil le tuairim mheicniúil na frithchuimilte. Úsáidtear an tsiombail R di, agus is é aonad SI na friotaíochta leictrigh ná an 'Ω' (Ohm), in ómós don fhisiceoir Gearmánach, Georg Simon Ohm. Tomhaistear seoltacht leictreach i Simín leis an tsiombail 'S'.

Bíonn friotaíocht réada, le trasghearradh aonfhoirmeach, i gcomhréir lena fhriotach agus a fhaid, agus i gcomhréir go inbhéartach lena achar trasghearrthach. Léiríonn gach saghas ábhar friotaíocht áirithe, ach amháin forsheoltóirí, a bhfuil friotaíocht 'náid' acu.

Sainmhínítear friotaíocht (R) réada mar an cóimheas idir an voltas trasna air (V) agus an sruth tríd (I), cé go bhfuil an seoltacht leictreach (G) ina inbhéartach.

R={V \over I},\qquad G={I \over V},\qquad G={\frac {1}{R}}

I dtaca le raon leathan d'ábhair agus coinníollacha, bíonn 'V' agus 'I' i comhréir go díreach lena chéile, agus dá bhrí sin, bíonn 'R' agus 'G' tairiseach. Tugtar Dlí Ohm ar an tairiseach seo, agus glaoitear "ómach" ar ábhar a shásann é.

I gcásanna eile, mar shampla, i gcomhair dé-óide nó cadhnra, ní bhíonn 'V' agus 'I' tairseach go díreach, nó i mbriathra eile, níl an cuar I-V ina líne dhíreach tríd an túsphointe, agus ní sheasann Dlí Ohm. Sa chás seo, ní fhónann na coincheapa 'friotaíocht' agus 'seoltacht', agus bíonn sé níos deacra iad a shainiú. Uaireanta, bíonn an cóimheas I-V fós úsáideach, agus tagraítear dó mar "friotaíocht chordúil" nó "friotaíocht statach", mar go bhfreagraíonn sé d'fhána corda idir an túsphointe agus an cuar I-V. I gcásanna eile, b'fhéidir go mbeadh an díorthach ${\frac {dV}{dI}}\,\!$ níos úsáidí; agus glaoitear an 'fhriotaíocht dhifreálach' uirthi.

Réamhrá

Cuireann an analach hiodrálach sruth leictreach ag sreabhadh trí shreang i gcomparáid le uisce ag sreabhadh trí phíopaí. Nuair a líontar píopa (ar chlé) le gruaig (ar dheis), tógann sé brú níos mó chun an sreabhadh céanna uisce a bhaint amach. Is cosúil lena chéile iad, ag brú sruth leictreach trí fhriotaíocht mhór, agus ag brú uisce trí phíopa atá sáinnithe le gruaig: Éilíonn sé brú níos mó (fórsa leictreachluaisneach) chun an sreabhadh céanna a thiomáint (sruth leictreach)

San analach hiodrálach, bíonn sruth leictreach ag sreabhadh trí shreang (nó friotóir) cosúil le uisce ag sreabhadh trí phíopa, agus bíonn an titim voltais trasna na sreinge cosúil leis an titim brú a bhrúann an t-uisce tríd an phíopa. Bíonn seoltas i gcomhréir le méid an tsrutha i gcomhair brú ar leith, agus tá friotaíocht i gcomhréir le méid an bhrú a bhíonn ag teastáil chun sruth áirithe a bhaint amach. (Tá seoltacht agus friotaíocht dlí i gcomhréir deilíneach lena a chéile.)

Is í an difríocht voltais (i.e. an difríocht voltais idir thaobh amháin an fhriotóra agus an taobh eile), ní an voltas féin, a sholáthraíonn an fórsa tiomána a bhrúann an sruth tríd an an fhriotóir. Bíonn sé mar an gcéanna san hiodrálaic: Cinneann an difríocht brú idir dhá thaobh den píopa, ní an brú é féin, méid an tsruth tríd. Mar shampla, d'fhéadfadh go mbeadh mórbhrú uisce os cionn an phíopa, a dhéanann iarracht an t-uisce a bhrú síos tríd an phíopa. Ach d'fhéadfadh go mbeadh mórbhrú uisce chomh mór leis faoi bhun an phíopa, a dhéanann iarracht an t-uisce a bhrú ar ais suas tríd an phíopa. Má tá na brúnna seo comhionanna lena chéile, ní bheidh aon sreabhadh uisce. (San íomhá ar dheis, tá brú an uisce faoi bhun an píopa a náid.)

Go príomha, cinneann dhá fhachtóir: céimseata (cruth) agus ábhair, friotaíocht agus seoltas sreinge, friotóra, nó eiliminte eile.

Tá céimseata tábhachtach, toisc go mbíonn sé níos deacra uisce a bhrú trí phíopa fada, caol, ná trí phíopa leathan, gearr. Ar an bhealach céanna, bíonn friotaíocht ag sreang fhada thanaí chopair níos airde (seoltacht níos ísle) ná sreang ghearr thiubh chopair.

Bíonn ábhair tábhachtach chomh maith. Má líontar píopa le gruaig, tógtar brú níos mó chun an sreabhadh céanna uisce a bhaint amach. i gcomparáid le píopa gan gruaig ach leis an chruth agus mhéid céanna. Ar an gcuma chéanna, is féidir le leictreoin sreabhadh faoi shaoirse agus go héasca trí sreang chopair, ach ní féidir leo sreabhadh chomh héasca trí shreang chruach den cruth agus méid céanna, agus go bunúsach ní féidir leo sreabhadh trí inslitheoir cosúil le rubar, beag beann ar a mhúnlú. Baineann an difríocht idir, copar, cruach, agus rubar lena struchtúr micreascópach agus cumraíocht na leictreon, agus tomhaistear é le hairí a dtugtar friotachas air.

Seoltóirí agus friotóirí

Friotóir 65 Ω, arna n-aithint ag dhathchód leictreonach (gorm-uaine-dubh-ór). D'fhéadfaí óm-mhéadar a úsáid chun an luach a fhíorú.

Tugtar friotóir ar phíosa d'ábhar insheolta, le friotaíocht ar leith, a n-úsáidtear i gciorcad. Déantar seoltóirí as ábhair ard-sheolta, cosúil le miotail, ach go hairithe copar agus alúmanam. Ar an lámh eile, déantar friotóirí as raon leathan d'ábhair ag brath ar fhachtóirí mar an fhriotaíocht a bhí ag iarraidh, an méid fuinnimh gur gá a bheith scaipthe, beachtas, agus costas.

Dlí Ohm

Na sainchomharthaí srutha-voltais de cheithre ghléas: Dhá fhriotóir, dé-óid, agus cadhnra (leictreach). Is í an ais chothrománach ná an titim voltais, is í an ais ingearach ná an sruth leictreach. Comhlíontar dlí Ohm nuair a bhíonn an graf ina líne dhíreach tríd an bhunphointe. Dá bhrí sin, tá an dá fhriotóir "ómach", ach amháin an dé-óid agus cadhnra.

Is éard is an dlí Ohm ann ná dlí eimpíreach a deir go mbíonn, ag teocht thairiseach, an sruth I, trí sheoltóirí áirithe (miotail den chuid is mó) i gcomhréir dhíreach leis an difríocht poitéinsil V trasna orthu: $V\propto I$ . (Tá V i gcomhréir go díreach le I). Ní bhíonn an dlí seo fíor i gcónaí: Mar shampla, tá sé bréagach do dhé-óidí, chadhnraí, srl. Mar sin féin, tá sé fíor le comhfhogasú-mhaith le haghaidh sreang agus friotóirí (ag glacadh leis go mbíonn na coinníollacha eile, lena n-áirítear teocht, tairseach). Tugtar "ómach" ar ábhair nó rudaí ina mbíonn dlí Ohm fíor, agus deirtear faoi rudaí nach mbíonn de réir dlí Ohm go bhfuil siad "neamh-ómach".

Baint le friotachas agus seoltacht

Píosa d'ábhar sainfhriotaíoch le teagmhálacha leictreacha ar an dá fhoircinn.

Braitheann friotaíocht réada go príomha ar dhá fhachtóir: an t-ábhar as a bhfuil sé déanta, agus a chruth. I gcomhair ábhair áirithe, bíonn an an friotaíocht i gcomhréir hinbhéartach leis an achar trasghearrtha, mar shampla, tá friotaíocht níos ísle ag sreang thiubh chopair ná a chomhionann sreinge atá tanaí. Chomh maith leis sin, le haghaidh ábhair áirithe, bíonn an fhriotaíocht comhréireach leis an fad, mar shampla, tá friotaíocht níos airde ag sreang chopair ná a chomhionann atá gearr. Is féidir, mar sin, an fhriotaíocht R agus an seoltas G de tiománaí de sheoltóir le trasghearradh aonfhoirmeach, a ríomh mar

$R=\rho {\frac {\ell }{A}},$

G=\sigma {\frac {A}{\ell }}.

i gcás gur $\ell$ fad an seoltóra, tomhaiste i méadair [ m ], gurb é A achar trasghearrtha an seoltóra tomhaiste i méadar cearnach [ m² ], gur σ (sigme) an seoltacht leictreach, tomhaiste i Síminí sa mhéadar (S · tá m - 1), agus ρ (ró) an friotachas leictreach (ar a dtugtar freisin 'sainfhriotaíocht leictreach') an ábhair tomhaiste in Ohm - méadar (Ω · m). Tá an friotachas agus an seoltacht ina tairisigh comhréireach lena chéile, agus mar sin, braitheann siad ar an ábhar as a déantar an sreang, ní geoiméadracht na sreinge. Tá friotachas agus seoltacht deilíneach : \ Rho = 1 / \ sigme. Is tomhas é an friotaíocht ar an mbealach in a frithsheasann ábhar i gcoinne srutha leictrigh

Níl an fhoirmle seo cruinn: Glacann sí go bhfuil an sruthdhlús go hiomlán aonfhoirmeach san seoltóir, rud nach bhfuil fíor i gcónaí i ndálaí praiticiúla. Mar sin féin, soláthraíonn an fhoirmle maith go leor i gcomhair seoltóirí fada tanaí, a leithéid agus sreanga.

Ní bhíonn an fhoirmle cruinn freisin nuair atá sruth ailtéarnach (AC) i gceist, mar gheall ar éifeacht na cneas-iarmharta, iarmhairt a tharlaíonn le sruth ailtéarnach leictreach ina n-iompraítear an chuid is mó den sruth ar feadh imeall seachtrach an tseoltóra. Ansin, bíonn an trasghearradh geoiméadrach difriúil ón trasghearradh éifeachtach ina bhfuil an sruth ag sreabhadh i ndáiríre, mar sin tá an fhriotaíocht níos airde ná mar a measadh. Mar an gcéanna, má bhíonn dhá sheoltóir in aice lena chéile ag iompar sruth AC, méadóidh a bhfriotaíochtí mar gheall ar an iarmhairt neasachta. Ag chumhacht-mhinicíocht tráchtála, bíonn mór-éifeacht bainteach leis na hiarmhairtí i gcás na seoltóirí móra a iompraíonn sruthanna móra, mar shampla busbarraí i bhfostáisiún leictreach, nó mórcháblaí cumhachta a iompraíonn níos mó ná cúpla céad aimpéar .

Cad a chinneann friotachas?

Bíonn méideanna difriúla friotaíochta in aghaidh an tsrutha sna seoltóirí éagsúla: Mar shampla, tá seoltacht fluarapolaiméir shintéiseach 'Teflon' thart ar 10³⁰ uair níos ísle ná seoltacht chopair. Cén fáth a bhfuil a leithéid de dhifríocht ann? De ghnáth, bíonn líon mór leictreon "dílogánaithe" ag miotal nach bhfuil greamaithe in aon áit amháin, ach saor chun bogadh trasna achar mór, cé go mbíonn, i inslitheoir (cosúil le Teflon), gach leictreon ceangailte go docht le móilín amháin, agus tá fórsa mór ag teastáil chun é a aistharraingt. Luíonn Leathsheoltóirí idir an dá dhála. Athraíonn an friotachas le teocht. I leathsheoltóirí, athraíonn an friotachas freisin nuair a dhírítear solas air. Pléitear iad seo thíos.

Friotaíocht a thomhas

Tugtar an t-ainm óm-mhéadar ar an ghléas a úsáidtear le haghaidh na friotaíochta a thomhas. Níl óm-mhéadiar shimplí in ann friotaíocht íseal a thomhas go cruinn, toisc go gcuireann fiotaíocht na sreang thomais sa bhfeiste tomhais, a bhíonn freagrach as tim voltais, isteach ar an tomhas. Mar sin, úsáidtear gléasanna níos beaichte, a leithéid agus gléasanna braite ceithre-theirminéal.^[1]

Friotaíochtaí tipiciúla

Comhábhar	Friotaíocht (Ω)
1 méadar de shreang chopair le trastomhas 1mm	0.02^[2]
1 km línte cumhachta lastuas (tipiciúil)	0.03^[3]
Cadhnra AA friotaíocht inmheánach (tipiciúil)	0.1^[4]
Bolgán solais ghealbhruthacha filiméid (tipiciúil)	200-1000^[5]
Corp an duine	1000 go 100,000^[6]

Tagairtí

↑ Hussey, Matt (2011). "Friotaíocht". Fréamh an Eolais. Coiscéim. p. 288.
↑ Tá friotachas copair 1.7×10^-8Ωm. See [1].
↑ Electric power substations engineering by John Douglas McDonald, p 18-37, google books link
↑ [2] Curtha i gcartlann 2012-01-11 ar an Wayback Machine For a fresh Energizer E91 AA alkaline battery, the internal resistance varies from 0.9Ω at -40°C, to 0.1Ω at +40°C.
↑ A 60W light bulb in the USA (120V mains electricity) draws RMS current 60W/120V=500mA, so its resistance is 120V/500mA=240 ohms. The resistance of a 60W light bulb in Europe (230V mains) would be 900 ohms. The resistance of a filament is temperature-dependent; these values are for when the filament is already heated up and the light is already glowing.
↑ 100,000 ohms for dry skin contact, 1000 ohms for wet or broken skin contact. Other factors and conditions are relevant as well. See electric shock article for more details. Also see: "Publication No. 98-131: Worker Deaths by Electrocution". National Institute for Occupational Safety and Health.

[FreamhanEolais-1] Hussey, Matt (2011). "Friotaíocht". Fréamh an Eolais. Coiscéim. p. 288.

[2] Tá friotachas copair 1.7×10^-8Ωm. See [1].

[3] Electric power substations engineering by John Douglas McDonald, p 18-37, google books link

[4] [2] Curtha i gcartlann 2012-01-11 ar an Wayback Machine For a fresh Energizer E91 AA alkaline battery, the internal resistance varies from 0.9Ω at -40°C, to 0.1Ω at +40°C.

[5] A 60W light bulb in the USA (120V mains electricity) draws RMS current 60W/120V=500mA, so its resistance is 120V/500mA=240 ohms. The resistance of a 60W light bulb in Europe (230V mains) would be 900 ohms. The resistance of a filament is temperature-dependent; these values are for when the filament is already heated up and the light is already glowing.

[6] 100,000 ohms for dry skin contact, 1000 ohms for wet or broken skin contact. Other factors and conditions are relevant as well. See electric shock article for more details. Also see: "Publication No. 98-131: Worker Deaths by Electrocution". National Institute for Occupational Safety and Health.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]