Цахилгаан хүчдэл нь цахилгааны үндсэн суурь ойлголтын нэг болно.
Энэ хичээлээр бид хүчдэл болон потенциалын ялгавар гэж юу болох, хүчдэлийг хэрхэн хэмжих, хувьсах ба тогтмол гүйдэл болон хүчдэлийн ялгаа, яагаад бидний эргэн тойронд янз бүрийн хүчдэлүүд байдаг тухай ярих болно.
Хүчдэл нь электроныг ташуурдаж хөдөлгөж байдаг. Хүчдэл байхгүй бол атомын дотор хэдийгээр чөлөөт электронууд байх ч тэд эмх замбараагүй хөдлөх тул огт хэрэггүй. Хүчдэл байснаар эдгээр электронууд нэгэн зүгт жигдрэн хөдөлж сая гүйдэл гүйнэ.
Усны цоргоор гоожих усаар хүчдэлийг төсөөлж ойлгоход хялбар байдаг. Хэрэв усан санг усаар дүүргэвэл усан сангийн доод талд гаргасан цоргот усны нийт жинтэй тэнцүү хэмжээний даралт ирнэ.
Хэрэв усан сан дахь ус дундуур байвал усан сангийн доод талд учрах даралт бага байна.
Хэрэв усан сангийн доод талд гаргасан цоргыг нээвэл их даралттай савнаас илүү их хэмжээний ус гоожно.
Цахилгаан бол үүнтэй адилхан. Хүчдэл их л байвал гүйдлийн хэмжээ их байна. Хүчдэл гэж байхгүй бол гүйдэл ч байхгүй. Хэрэв усан сангийн доод талын цоргыг хаачихвал ус гоожихгүй. Энэ үед усан сангийн өндрийн хэмжих замаар доод хэсэгт учрах даралтыг тогтоож болно.
Заримдаа хүчдэлийг потенциалын зөрүү хэмээн нэрлэдэг. Потенциал гэдэг нь хир их хэмжээний ажил хийх боломжтой вэ гэдгийг илэрхийлж байгаа юм.
Хэрэв нуурын усны төвшнүүд бие биеэсээ ялгаатай бол өндөр төвшинд буй буюу потенциал ихтэй байгаа нуурын ус багатай уруугаа урсах боломжтой. Тиймээс ийм потенциалын хувьд ялгаатай нууруудад ус урсах замыг нь гаргаад өгчихвөл уг замаар ус урсана. Хэрэв энэ урсаж буй усны замд турбин тавьчих юм бол үүгээр гэрлийг асаах төдийгүй бүхэл бүтэн хотыг ч цахилгаанаар хангаж болно.
Цахилгаан хэлхээ рүүгээ эргэн оръё. Батарейн нэмэх ба хасах төгсгөлүүдийн хооронд 1,5 В-ийн потенциалын ялгаа байна. Хэрэв батарейн нэмэх хасах төгсгөлүүдийг утсаар холбож дунд нь цахилгаан хэрэгсэл байрлуулчихвал үүгээр урсан өнгөрч буй электронууд ажил хийнэ. Жишээ нь энэ замд гэрэл байрлуулчихвал электронууд энэ гэрлийг асаана.
Хэрэв 2 батарейг цувруулаад холбочихвол потенциалын ялгаа улам нэмэгдэж илүү их электронууд урсах тул энэ хэлхээгээр өмнөх хэлхээнээс 2 дахин илүү ажил хийгдэнэ. Жишээ нь гэрэл улам тод асна. 2 батарейг цуваа холбосноор нийт потенциалын ялгаа 3 В болж нэмэгдэнэ. Илүү их потенциал нь илүү их ажил хийх боломжийг олгох тул электронууд илүү хурдтай хөдөлж улмаар гэрлийг улам тод асаана.
Хэрэв батарейнуудыг цувруулж биш харин зэрэгцүүлж холбох юм бол электронууд 2 батарейгаар салаалж гүйх тул тэдний хүч нэмэгдэхгүй. Тэд 1,5 В-ын потенциалд тохирох л ажлаа хийнэ. Энэ үед батарейнууд илүү удаан ажиллах боловч гэрэл бүдэгхэн асна.
Потенциалын ялгаа буюу хүчдэлийг бид том В үсгээр тэмдэглэдэг. Та цахилгаан хэрэгслийнхээ ард байрлах пайзыг олж харвал эндээс та В үсгийг олох бөгөөд урд байгаа тоо нь уг хэрэгслийг ажиллуулахад хэдэн вольтын хүчдэл хэрэгтэйг харуулна.
Жишээ нь энэ USB драйверыг үйлдвэрлэгч нь үүнийг ажиллуулахын тулд 1 ампер гүйдэл гаргаж чадах 5 В-ийн тогтмол хүчдэл хэрэгтэй гэжээ.
Вольт гэдэг нь Италийн физикч Александр Вольтын нэр бөгөөд тогтмол гүйдэл гаргаж чаддаг хамгийн анхны батарейг зохиосон эрдэмтэн юм.
Хүчдэл болон Вольт гэдэг хоорондоо ялгаатай. Хүчдэл гэдэг нь электронуудыг хөдөлгөж буй хүч бол Вольт гэдэг уг хүчийг хэмжиж буй нэгж юм. Даралтыг хэмжихэд Bar PSI Паскаль зэрэг нэгжийг хэрэглэдэгтэй л адил юм.
Вольтметрийг ашиглан хэчнээн Вольт болохыг хэмждэг бөгөөд Вольтметр нь Мультиметрийн нэг хэсэг нь байж болно эсвэл салангид ч байж болно. Хэрэв танд мультиметр байхгүй бол та ийм багажтай болох хэрэгтэй. Би танд энэ мультиметрийг санал болгож буй боловч таны хэрэглээ, мөнгө санхүүгээс хамаараад энэ нь өргөн сонголттой.
Хүчдэлийг хэмжихийн тулд бид энэ цэгээс нөгөө цэгт потенциал хир ялгаатай буйг мэдэхийн тулд 2 цэгт зэрэгцээ холбож хэмждэг.
Нэг батарейтай хэлхээний хувьд батарейн 2 төгсгөл хоорондох потенциалын ялгааг хэмжихэд 1,5 В бол уг батарейгаар асах чийдэнгийн 2 төгсгөл хоорондох потенциалын ялгаа ч мөн 1,5 В байна. Энэ хүчдэлийн улмаас чийдэн асах ба мөн хална.
Хэрэв 2 чийдэнг цувруулж холбосон бол батарейн хүчдэл 1,5 в хэвээр байх ч чийдэн тус бүр дээрх хүчдэл 0,75 в болж буурсан байна. Ингэснээр батарейн хийж чадах ажлаар 2 чийдэнг асаах тул чийдэн тус бүрд оногдох ажлын боломж нь мөн 2 дахин багассан байна. Үүнээс болж чийдэнгүүд өмнөхөөсөө улам бүдэг асна. Энэ тухай бид цахилгаан хэлхээ хичээлээр илүү дэлгэрэнгүй тайлбарлах болно.
Бид ямартай ч хүчдэлийг хэмждэг нэгж нь Вольт юм гэдгийг мэдчихлээ, тэгвэл 1 Вольт гэж юу вэ?
Вольт гэдэг нь 1 кулон буюу 6 квантиллон 242 квардиллон электроныг 1 омын эсэргүүцэлтэй саадаар 1 секундийн дотор түлхэн гаргахад шаардлагатай хүч юм.
Өөрөөр тайлбарлаж хэлье. 1,5 Вт-ын чадалтай чийдэнг 1,5 В-ын батарейд холбочихвол батарей 1 секунд тутам чийдэн рүү 1 кулон буюу 6 квантиллон 242 квардиллон электроныг түлхэж байна.
0,3 Вт-ын чийдэнг 1,5В хүчдэлтэй батарейд холбочих юм бол секунд тутам 0,2 кулон буюу 6 квантиллон 872 квардиллон электроныг батарейгаас гарган чийдэн рүү түлхэж тэднээр чийдэн асааж мөн чийдэнг халаах ажлыг хийлгэнэ.
Хэрэв илүү бага хүчдэл ашиглавал чийдэн асах боловч гэрэлтэлт улам буурна. Яагаад гэвэл бага хүчдэлээр бага л ажил хийлгэнэ. Бага хүчдэлийн улмаас илүү цөөхөн электронууд хөдөлж илүү бага ажил хийх чийдэн улам бүдэгхэн асна.
Чийдэнгүүд хэвийн асахын тулд тодорхой хүчдэл, мөн тодорхой гүйдлийг шаардана. Хэрэв хүчдэлийг ихэсгэх юм бол илүү олон электронууд чийдэнгийн зүг хөдөлж чийдэн улам тод асах ч хэтэрхий их хүчдэл өгвөл маш олон электронууд нэгэн зэрэг чийдэнгээр нэвтрэхийг оролдсоноор түүнийг шатааж орхино.
Батарей бол тогтмол гүйдлийн үүсгүүр бөгөөд тэр электронуудыг зөвхөн нэг чигт, нэгэн жигд хөдөлгөнө. Яг л голын урсгал мэт.
Харин байрны хананд байгаа разетканд буй хүчдэл бол үүнээс өөр хүчдэл. Энэ нь хувьсах хүчдэл бөгөөд электронууд 2 тийш савлан хөдөлж байдаг, яг л далайн давлагаа дайвалзах шиг. Далайн давлагаа нэг тийш хөдөлж эхэлснээ улам хүчтэй болсон цаашлах тусам буурсаар бүр зогсож нөгөө тийш хөдөлж уг хөдөлгөөнөө давтаж байдаг. Хувьсах гүйдэл бол яг үүнтэй адил.
Тийм учраас л хувьсах хүчдэлийг долгионтой зураасаар тэмдэглэдэг.
Дэлхийн аль улсад байгаагаас хамаарч барилгын хананы разетканы хүчдэл өөр өөр байна. Дэлхийн ихэнх улсуудад 220-240В-ын хүчдэлийг хэрэглэдэг бол Хойд болон Төв, Өмнөд Америкийн зарим хэсгээр мөн бусад цөөн хэдэн улсад 100-127 В-ын хүчдэлийг хэрэглэнэ.
Бид разеткан дээрээ тоолуур тавьж хүчдэлийг хэмжин өдрийн турш хир их цахилгаан хэрэглэж буйгаа хянаж болно.
Дэлхийн улс орнууд өөр өөр хүчдэл хэрэглэж буй явдал нь цахилгааныг анх нийтийн хэрэглээ болгон түгээж эхэлсэн тэр цаг үетэй холбоотой. Энэ үед ямар нэгэн нэгдсэн стандарт байгаагүй тул инженерүүд алиныг нь сайн гэж үзсэн түүгээрээ шийдэж байсан.
Он цаг өнгөрөх тусам зах зээл дээр цөөхөн хэдэн компани давамгайлж үлдсэний дараа тэд бүтээгдэхүүн болгон үйлчилгээгээ стандартчилснаар хүчдэл, давтамжийг тогтоосон. Засгийн газрууд бусад улстай худалдаа арилжааг явуулахад хялбар байлгах үүднээс аль болох нэгдсэн нэг стандартыг баримтлахыг илүүд үздэг.
Гэвч энэ нь өнөөг хүртэл нэгдсэн нэг шийдэлд хүргэж чадаагүй. Жишээ нь Америкт разетка нь 110 В хүчдэлтэй байхад Европт 220 В байна. Тиймээс 110 В-т ажилладаг үс хатаагчийг аваад 220 в-т залгах юм бол энэ тэр их потенциалыг дааж чадахгүй тул шатах болно.
Харин Европоос 220 В-д ажилладаг үс хатаагч аваад АНУ-д очоод разетканд залгах юм бол хэтэрхий бага потенциалтай тул үс хатаагчийг чинь ажиллуулж чадахгүй.
Зарим үйлдвэрлэгч нар 2 хүчдэлд хоёуланд нь ажиллах боломжтой бүтээгдэхүүнийг үйлдвэрлэдэг. Тийм учраас ямар бүтээгдэхүүн авсан уг зүйл маань хэдэн вольт-ийн хүчдэлд ажилладаг болохыг нь эхлээд заавал шалгаж үзэх хэрэгтэй.