Цахилгаан бол ухаалаг утас гэх мэт жижиг төхөөрөмжүүдээс эхлээд хотын эрчим хүчний сүлжээ гэх мэт том системүүдийг тэжээдэг бидний өдөр тутмын амьдралын үндсэн хэсэг юм. Бид одоогийн цахилгааны тухай ярихдаа түүн дээрх боломжит зөрүү эсвэл хүчдэлийн улмаас металл утас гэх мэт дамжуулагчаар дамжин өнгөрөх цахилгаан цэнэгийн урсгалыг хэлнэ. Энэ урсгал нь бидний цахилгаан төхөөрөмжүүдийг тэжээдэг.
Одоогийн цахилгааныг ойлгохын тулд бид электрон гэж нэрлэгддэг цэнэгийн үндсэн нэгжээс эхэлдэг. Электронууд материалаар дамжих үед цахилгаан гүйдэл үүсдэг. Цахилгаан гүйдлийн урсгалыг уламжлалт байдлаар авч үздэг чиглэл нь цахилгаан эх үүсвэрийн эерэгээс сөрөг терминал хүртэлх электрон хөдөлгөөний чиглэлийн эсрэг байна.
Өгөгдсөн хугацаанд дамжуулагчийн хэсгийг дайран өнгөрөх цахилгаан цэнэгийн хэмжээг цахилгаан гүйдэл гэж нэрлэдэг бөгөөд үүнийг ампераар (A) хэмждэг. Математикийн хувьд үүнийг дараах байдлаар илэрхийлнэ.
\(I = \frac{Q}{t}\)Энд \(I\) нь ампер дахь гүйдэл, \(Q\) нь кулон дахь цэнэг, \(t\) цэнэгийн урсах хугацааг секундээр илэрхийлнэ.
Хүчдэл буюу цахилгаан потенциалын зөрүү нь цахилгаан цэнэгийг дамжуулагчаар шахдаг хөдөлгөгч хүч юм. Үүнийг вольтоор (V) хэмждэг бөгөөд цахилгаан цэнэгийг хөдөлгөдөг цахилгаан даралт гэж үзэж болно.
Эсэргүүцэл гэдэг нь материалын цахилгаан гүйдлийн урсгалд үзүүлэх эсэргүүцэл юм. Энэ нь материалын шинж чанар, түүнчлэн түүний урт, хөндлөн огтлолын талбайгаас хамаарна. Эсэргүүцлийг омоор хэмждэг ( \(\Omega\) ). Хүчдэл (V), гүйдэл (I), эсэргүүцэл (R) хоорондын хамаарлыг Ом-ын хуулиар өгөгдсөн:
\(V = I \times R\)Энэ тэгшитгэл нь хоёр цэгийн хоорондох дамжуулагчаар урсах гүйдэл нь хоёр цэг дээрх хүчдэлтэй шууд пропорциональ, тэдгээрийн хоорондох эсэргүүцэлтэй урвуу хамааралтай болохыг харуулж байна.
Цуврал хэлхээнд бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь төгсгөл хүртэл холбогдсон байдаг тул гүйдэл гүйх цорын ганц зам байдаг. Хэрэв хэлхээний аль нэг хэсэг эвдэрсэн бол бүхэл бүтэн хэлхээ ажиллахаа болино. Цуврал хэлхээний нийт эсэргүүцэл нь бие даасан эсэргүүцлийн нийлбэр юм.
\(R_{total} = R_1 + R_2 + R_3 + \ ... \)Зэрэгцээ хэлхээнд бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь нийтлэг цэгүүд эсвэл уулзваруудаар холбогдож, гүйдэл дамжуулах олон замыг хангадаг. Зэрэгцээ хэлхээний бүрэлдэхүүн хэсэг бүрийн хүчдэл ижил байна. Зэрэгцээ хэлхээний нийт эсэргүүцлийн эсрэг тал нь эсэргүүцэл тус бүрийн эсрэг талын нийлбэртэй тэнцүү байна.
\(\frac{1}{R_{total}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + \ ... \)Цахилгаан хэлхээний хүч нь цахилгаан эрчим хүчийг цахилгаан хэлхээгээр дамжуулах хурд юм. SI-ийн чадлын нэгж нь ватт (Вт) юм. Эрчим хүчийг дараахь томъёогоор тооцоолж болно.
\(P = V \times I\)Энэ томьёо нь хүч (ваттаар) нь хүчдэл (вольтоор) ба гүйдэл (ампераар) хоёрын бүтээгдэхүүн болохыг харуулж байна.
Цахилгаан цэнэгийн урсгалыг хялбар болгодог материалыг дамжуулагч гэж нэрлэдэг. Зэс, хөнгөн цагаан зэрэг ихэнх металлууд нь сайн дамжуулагч бөгөөд ихэвчлэн цахилгаан утаснуудад ашиглагддаг. Нөгөөтэйгүүр, тусгаарлагч нь цахилгаан цэнэгийг чөлөөтэй урсгах боломжгүй материал юм. Жишээлбэл, резин, шил, хуванцар гэх мэт. Эдгээр материалыг цахилгаан гүйдлийн хүсээгүй урсгалаас сэргийлж, аюулгүй байдлыг хангах үүднээс дамжуулагчийг бүрэх эсвэл хүрээлэхэд ашигладаг.
Энгийн цахилгаан хэлхээ нь одоогийн цахилгааны зарчмуудыг харуулж чадна. Батерей, резистор, гэрлийн чийдэнгээс бүрдэх хэлхээг бүгдийг нь цуваа холбосон хэлхээг авч үзье. Хэлхээ хаагдах үед батерей нь хэлхээгээр электронуудыг түлхэх хүчдэл үүсгэдэг. Эсэргүүцэл нь электронуудын урсгалыг хязгаарлаж, улмаар гүйдлийг хянадаг. Гэрлийн чийдэн нь цахилгаан эрчим хүчийг гэрэл болгон хувиргадаг бөгөөд энэ нь цахилгаан эрчим хүчний хэрэглээг харуулж байна.
Ом-ын хуулийг туршилтаар баталгаажуулахын тулд хувьсах тэжээлийн эх үүсвэр бүхий хэлхээ, гүйдлийг хэмжих амперметр, резистор дээрх хүчдэлийг хэмжих вольтметр зэргийг тохируулж болно. Хүчдэлийг өөрчилж, харгалзах гүйдлийг бүртгэснээр резистор дээрх хүчдэл нь Ом-ын хуульд нийцэж байгаа гүйдэлтэй шууд пропорциональ байгааг олж мэднэ.
Одоогийн цахилгаан бол цахилгаан гүйдэл, хүчдэл, эсэргүүцэл, хэлхээ, цахилгаан эрчим хүч зэрэг олон үндсэн ойлголтуудыг багтаасан өргөн уудам талбар юм. Эдгээр ойлголтыг ойлгох нь цахилгаан төхөөрөмжүүд хэрхэн ажилладагийг ойлгох, цахилгааныг аюулгүй, үр дүнтэй ашиглахад зайлшгүй шаардлагатай. Ом-ын хууль гэх мэт зарчмуудыг хэрэгжүүлж, цуваа болон зэрэгцээ хэлхээний үйлдлийг ойлгосноор янз бүрийн нөхцөлд цахилгаан гүйдлийн урсгалыг урьдчилан таамаглаж, хянах боломжтой.
