Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Dla elektryków i elektroników jednym z podstawowych praw jest prawo Ohma. Codziennie praca wyznacza specjalistom nowe zadania i często konieczne jest wybranie zamiennika spalonego rezystora lub grupy elementów. Elektryk często musi zmieniać kable, aby wybrać właściwy, trzeba „odkryć” prąd w obciążeniu, więc trzeba użyć najprostszych praw fizycznych i relacji w życiu codziennym. Wartość prawa Ohma w elektrotechnice jest kolosalna, a przy okazji większość tez w specjalnościach elektrotechnicznych jest obliczana na 70–90% za pomocą jednej formuły.

Tło historyczne

Rok odkrycia Prawa Ohma - 1826 niemieckiego naukowca Georga Oma. Wyznaczył empirycznie i opisał prawo dotyczące stosunku prądu, napięcia i rodzaju przewodnika. Później okazało się, że trzeci komponent to nic innego jak opór. Następnie prawo to zostało nazwane na cześć odkrywcy, ale sprawa nie ograniczała się do prawa, jego imię nazywano wielkością fizyczną, jako hołd dla jego dzieł.

Wielkość, w jakiej mierzony jest opór, nosi nazwę George Ohm. Na przykład rezystory mają dwie główne cechy: moc w watach i opór - jednostka miary w omach, kilohms, megaomach itp.

Prawo Ohma dla sekcji łańcucha

Aby opisać obwód elektryczny nie zawierający emf, można użyć prawa Ohma dla odcinka obwodu. To najprostsza forma nagrywania. Wygląda to tak:

I = U / R

Gdzie I jest prądem, mierzonym w amperach, U to napięcie w woltach, R to rezystancja w omach.

Ta formuła mówi nam, że prąd jest wprost proporcjonalny do napięcia i odwrotnie proporcjonalny do oporu - jest to dokładne sformułowanie prawa Ohma. Fizyczne znaczenie tego wzoru polega na opisaniu zależności prądu przez odcinek obwodu od znanej rezystancji i napięcia.

Uwaga! Ta formuła obowiązuje dla prądu stałego, ponieważ prąd zmienny ma niewielkie różnice, powrócimy do tego później.

Oprócz stosunku wielkości elektrycznych, ta forma mówi nam, że wykres prądu w funkcji napięcia w rezystancji jest liniowy i równanie funkcji jest spełnione:

f (x) = ky lub f (u) = IR lub f (u) = (1 / R) * I

Prawo Ohma dla części obwodu służy do obliczenia rezystancji rezystora w sekcji obwodu lub do określenia prądu przez niego przy znanym napięciu i rezystancji. Na przykład mamy rezystor R o rezystancji 6 omów, do jego zacisków przykładane jest napięcie 12 V. Należy wiedzieć, jaki prąd przepłynie przez niego. Oblicz:

I = 12 V / 6 Ohm = 2 A

Idealny przewodnik nie ma oporu, jednak ze względu na strukturę cząsteczek substancji, z której się składa, każdy przewodzący organizm ma opór. Na przykład był to powód przejścia z drutów aluminiowych na miedziane w domowych sieciach elektrycznych. Rezystywność miedzi (omy na metr długości) jest mniejsza niż aluminium. W związku z tym druty miedziane nagrzewają się mniej, wytrzymują wysokie prądy, więc można użyć mniejszego przekroju drutu.

Innym przykładem jest to, że spirale urządzeń grzewczych i rezystorów mają wysoki opór właściwy, ponieważ wykonane z różnych metali o wysokiej wytrzymałości, takich jak nichrom, cantal itp. Gdy nośniki ładunku przemieszczają się przez przewodnik, zderzają się z cząstkami w sieci krystalicznej, w wyniku czego energia jest uwalniana w postaci ciepła, a przewodnik się nagrzewa. Im więcej prądu - im więcej kolizji - tym więcej ogrzewania.

Aby zmniejszyć przewodność cieplną, należy skrócić lub zwiększyć jej grubość (pole przekroju poprzecznego). Te informacje można zapisać jako wzór:

R wire = ρ (L / S)

Gdzie ρ to rezystywność w omach * mm 2 / m, L to długość wm, S to pole przekroju poprzecznego.

Prawo Ohma dla obwodu równoległego i szeregowego

W zależności od rodzaju połączenia istnieje inny wzór przepływu prądu i rozkładu napięcia. Dla odcinka łańcucha szeregowego połączenia elementów napięcie, prąd i rezystancja są zgodne ze wzorem:

I = I1 = I2

U = U1 + U2

R = R1 + R2

Oznacza to, że ten sam prąd płynie w obwodzie z dowolnej liczby elementów połączonych szeregowo. W tym przypadku napięcie przyłożone do wszystkich elementów (suma spadków napięcia) jest równe napięciu wyjściowemu źródła zasilania. Każdy element jest indywidualnie przypisywany własnej wartości napięcia i zależy od natężenia prądu i oporu określonego:

Element U el = I * R

Opór sekcji łańcucha dla elementów połączonych równolegle oblicza się według wzoru:

I = I1 + I2

U = U1 = U2

1 / R = 1 / R1 + 1 / R2

W przypadku mieszanki mieszanej musisz doprowadzić łańcuch do równoważnej postaci. Na przykład, jeśli jeden rezystor jest podłączony do dwóch równoległych rezystorów, najpierw policz rezystancję połączonych równolegle. Otrzymujesz całkowitą rezystancję dwóch rezystorów i musisz dodać ją do trzeciej, która jest połączona szeregowo z nimi.

Prawo Ohma do pełnego łańcucha

Cały obwód wymaga źródła zasilania. Idealnym źródłem zasilania jest urządzenie o jednej charakterystyce:

  • napięcie, jeśli jest źródłem emf;
  • aktualna siła, jeśli jest źródłem bieżącym;

Takie źródło zasilania jest w stanie dostarczyć dowolną moc o stałych parametrach wyjściowych. W rzeczywistym zasilaniu występują również takie parametry, jak moc i opór wewnętrzny. W rzeczywistości wewnętrzna rezystancja jest urojonym rezystorem zainstalowanym szeregowo ze źródłem EMF.

Formuła prawa Ohma dla pełnego obwodu wygląda podobnie, ale wewnętrzna rezystancja jest dodawana do PI. Dla całego obwodu napisano wzór:

I = ε / (R + r)

Gdzie ε jest EMF w woltach, R to rezystancja obciążenia, r to rezystancja wewnętrzna zasilacza.

W praktyce opór wewnętrzny to ułamki Ohma, aw przypadku źródeł galwanicznych znacznie wzrasta. Zaobserwowałeś to, gdy to samo napięcie jest przykładane do dwóch akumulatorów (nowych i niskich), ale jeden podaje niezbędny prąd i działa prawidłowo, a drugi nie działa, ponieważ zapada się przy najmniejszym obciążeniu.

Prawo Ohma w formie różniczkowej i całkowej

Dla jednorodnej części obwodu powyższe formuły są ważne, dla niejednorodnego przewodnika konieczne jest rozbicie go na najkrótsze możliwe segmenty, aby zminimalizować zmiany jego wymiarów w tym segmencie. Nazywa się to prawem Ohma w formie różniczkowej.

Innymi słowy: gęstość prądu jest wprost proporcjonalna do intensywności i przewodności właściwej dla nieskończenie małej części przewodnika.

W formie integralnej:

Prawo Ohma dla prądu zmiennego

Przy obliczaniu obwodów prądu przemiennego wprowadza się pojęcie impedancji zamiast pojęcia oporu. Impedancja jest oznaczona literą Z, zawiera aktywną rezystancję obciążenia Ra i reaktancję X (lub R r ). Wynika to z kształtu prądu sinusoidalnego (i prądów innych form) oraz parametrów elementów indukcyjnych, a także praw przełączania:

  1. Prąd w obwodzie z indukcyjnością nie może się natychmiast zmienić.
  2. Napięcie w obwodzie o pojemności nie może się natychmiast zmienić.

Zatem prąd zaczyna opóźniać lub przewidywać napięcie, a całkowita moc jest dzielona na aktywne i reaktywne.

U = I * Z

X L i X C to składniki obciążenia biernego.

W związku z tym wprowadzana jest wartość cosF:

Tutaj - Q - moc bierna na skutek prądu przemiennego i komponentów indukcyjno-pojemnościowych, P - moc czynna (przydzielona do aktywnych komponentów), S - moc całkowita, cosF - współczynnik mocy.

Być może zauważyłeś, że formuła i jej reprezentacja przecinają się z twierdzeniem Pitagorasa. Tak jest w rzeczywistości, a kąt F zależy od tego, jak duży jest reaktywny składnik obciążenia - im większy, tym większy. W praktyce prowadzi to do tego, że rzeczywisty prąd płynący w sieci jest większy niż ten, który jest brany pod uwagę przez licznik gospodarstwa domowego, podczas gdy przedsiębiorstwa płacą za pełną moc.

Opór jest przedstawiony w złożonej formie:

Tutaj j jest jednostką urojoną, co jest typowe dla złożonego typu równań. Jest rzadziej oznaczany jako i, ale w elektrotechnice aktualna wartość prądu przemiennego jest również oznaczana, dlatego, aby nie pomylić, lepiej jest użyć j.

Jednostką urojoną jest √-1. Logiczne jest, że podczas kwadratu nie ma takiej liczby, która może uzyskać wynik ujemny „-1”.

Jak zapamiętać prawo Ohma

Aby zapamiętać prawo Ohma - możesz zapamiętać sformułowania w prostych słowach, takich jak:

Im wyższe napięcie - im większy prąd, tym większy opór - im niższy prąd.

Lub użyj mnemonicznych obrazów i reguł. Pierwsza to prezentacja prawa Ohma w formie piramidy - krótko i wyraźnie.

Reguła mnemoniczna jest uproszczoną formą koncepcji, umożliwiającą proste i łatwe zrozumienie i przestudiowanie. Może być w formie słownej lub w formie graficznej. Aby poprawnie znaleźć żądaną formułę - zamknij wymaganą wartość palcem i uzyskaj odpowiedź w postaci produktu lub prywatnego. Oto jak to działa:

Druga to karykatura. Tutaj jest pokazane: im więcej prób Om, tym trudniejszy Amper, a im więcej Volt - tym łatwiej przechodzi Amper.

Na koniec zalecamy obejrzenie użytecznego wideo, które wyjaśnia proste prawo Ohma i jego zastosowanie:

Prawo Ohma - jedna z podstawowych w elektrotechnice, bez jego wiedzy większość obliczeń jest niemożliwa. W codziennej pracy często konieczne jest przekształcenie wzmacniaczy w kilowaty lub określenie prądu przez opór. Nie jest wcale konieczne, aby zrozumieć jego wnioski i pochodzenie wszystkich ilości - ale ostateczne formuły są obowiązkowe do opanowania. Podsumowując, chciałbym zauważyć, że istnieje stare komiczne przysłowie od elektryków: „ Jeśli nie znasz Ohma, zostań w domu”. A jeśli w każdym dowcipie jest ziarno prawdy, to tutaj ziarno prawdy wynosi 100%. Zbadaj podstawy teoretyczne, jeśli chcesz zostać profesjonalistą w praktyce, a inne artykuły z naszej strony pomogą Ci w tym.

Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Kategoria:

Baza wiedzy