Para un electricista e ingeniero electrónico, una de las leyes básicas es la Ley de Ohm. Todos los días, el trabajo establece nuevas tareas para el especialista y, a menudo, es necesario encontrar un reemplazo para una resistencia quemada o un grupo de elementos. Un electricista a menudo tiene que cambiar los cables, para elegir el correcto, debe "estimar" la corriente en la carga, por lo que debe usar las leyes y relaciones físicas más simples en la vida cotidiana. La importancia de la Ley de Ohm en la ingeniería eléctrica es colosal, por cierto, la mayoría de los trabajos de diploma de las especialidades de ingeniería eléctrica se calculan en un 70-90% de acuerdo con una fórmula.
Contenido:
- Referencia histórica
- Ley de Ohm para una sección de una cadena.
- Ley de Ohm para circuito en serie y paralelo
- Ley de Ohm para un circuito completo
- Ley de Ohm en forma diferencial e integral
- Ley de Ohm para corriente alterna
- Cómo recordar la ley de Ohm
Referencia histórica
La Ley de Ohm fue descubierta en 1826 por el científico alemán Georg Ohm. Él definió y describió empíricamente la ley de la relación entre la intensidad de la corriente, el voltaje y el tipo de conductor. Más tarde resultó que el tercer componente no es más que resistencia. Posteriormente, esta ley recibió el nombre del descubridor, pero la ley no se limitó a la materia, se nombró su apellido y la cantidad física, en homenaje a su obra.
El valor en el que se mide la resistencia lleva el nombre de Georg Ohm. Por ejemplo, las resistencias tienen dos características principales: potencia en vatios y resistencia: una unidad de medida en ohmios, kiloohmios, megaohmios, etc.
Ley de Ohm para una sección de una cadena.
Para describir un circuito eléctrico que no contiene EMF, puede usar la ley de Ohm para una sección del circuito. Ésta es la forma más sencilla de grabar. Se parece a esto:
Yo = U / R
Donde I es la corriente, medida en amperios, U es el voltaje en voltios, R es la resistencia en ohmios.
Tal fórmula nos dice que la corriente es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia; esta es la formulación exacta de la Ley de Ohm. El significado físico de esta fórmula es describir la dependencia de la corriente a través de una sección del circuito a una resistencia y voltaje conocidos.
¡Atención! Esta fórmula es válida para corriente continua, para corriente alterna tiene ligeras diferencias, a esto volveremos más adelante.
Además de la relación de magnitudes eléctricas, esta forma nos dice que la gráfica de la dependencia de la corriente sobre el voltaje en la resistencia es lineal y se cumple la ecuación de la función:
f (x) = ky of (u) = IR of (u) = (1 / R) * I
La ley de Ohm para una sección de un circuito se usa para calcular la resistencia de una resistencia en una sección de un circuito o para determinar la corriente a través de ella a un voltaje y resistencia conocidos. Por ejemplo, tenemos una resistencia R de 6 ohmios con un voltaje de 12 V aplicado a sus terminales. Es necesario averiguar cuánta corriente fluirá a través de él. Calculemos:
I = 12V / 6 ohmios = 2A
Un conductor ideal no tiene resistencia, sin embargo, debido a la estructura de las moléculas de la sustancia que lo compone, cualquier cuerpo conductor tiene resistencia. Por ejemplo, esta fue la razón de la transición de los cables de aluminio a los de cobre en las redes eléctricas domésticas. La resistividad del cobre (ohmios por metro de longitud) es menor que la del aluminio. En consecuencia, los cables de cobre se calientan menos, soportan altas corrientes, lo que significa que puede usar un cable de sección transversal más pequeña.
Otro ejemplo: las espirales de los dispositivos de calentamiento y las resistencias tienen una alta resistencia específica, porque están hechos de varios metales de alta resistencia, como nicrom, kantal, etc. Cuando los portadores de carga se mueven a través de un conductor, chocan con partículas en la red cristalina, como resultado de lo cual se libera energía en forma de calor y el conductor se calienta. Cuanto más corriente, más colisiones, más calentamiento.
Para reducir el calentamiento, el conductor debe acortarse o aumentarse de grosor (área de la sección transversal). Esta información se puede escribir como una fórmula:
Rel alambre= ρ (L / S)
Donde ρ es la resistividad en Ohm * mm2/ m, L - longitud en m, S - área de la sección transversal.
Ley de Ohm para circuito en serie y paralelo
Dependiendo del tipo de conexión, existe un patrón diferente de flujo de corriente y distribución de voltaje. Para una sección de una cadena de conexión en serie de elementos, el voltaje, la corriente y la resistencia se encuentran mediante la fórmula:
I = I1 = I2
U = U1 + U2
R = R1 + R2
Esto significa que la misma corriente fluye en un circuito de un número arbitrario de elementos conectados en serie. En este caso, el voltaje aplicado a todos los elementos (la suma de las caídas de voltaje) es igual al voltaje de salida de la fuente de alimentación. Cada elemento tiene individualmente su propio valor de voltaje y depende de la intensidad de la corriente y la resistencia específica:
UEmail= I * Relemento
La resistencia de la sección del circuito para elementos conectados en paralelo se calcula mediante la fórmula:
I = I1 + I2
U = U1 = U2
1 / R = 1 / R1 + 1 / R2
Para una conexión mixta, debe llevar la cadena a una forma equivalente. Por ejemplo, si una resistencia está conectada a dos resistencias conectadas en paralelo, primero calcule la resistencia de las conectadas en paralelo. Obtendrás la resistencia total de las dos resistencias y solo tendrás que sumarla a la tercera, que está conectada en serie con ellas.
Ley de Ohm para un circuito completo
Un circuito completo asume una fuente de energía. Una fuente de energía ideal es un dispositivo que tiene una característica:
- voltaje, si es una fuente EMF;
- fuerza actual, si es una fuente actual;
Una fuente de alimentación de este tipo es capaz de suministrar cualquier potencia con parámetros de salida constantes. En una fuente de alimentación real, también existen parámetros como la potencia y la resistencia interna. De hecho, la resistencia interna es una resistencia imaginaria instalada en serie con la fuente EMF.
La fórmula de la ley de Ohm para un circuito completo parece similar, pero se agrega la resistencia interna del PI. Para una cadena completa, se escribe mediante la fórmula:
Yo = ε / (R + r)
Donde ε es el EMF en voltios, R es la resistencia de carga, r es la resistencia interna de la fuente de poder.
En la práctica, la resistencia interna es una fracción de Ohm, pero para las fuentes galvánicas, aumenta significativamente. Observó esto cuando dos baterías (nuevas y agotadas) tienen el mismo voltaje, pero una da la corriente requerida y funciona correctamente, y la segunda no funciona, porque se hunde a la menor carga.
Ley de Ohm en forma diferencial e integral
Para una sección homogénea del circuito, las fórmulas anteriores son válidas; para un conductor no homogéneo, es necesario dividido en los segmentos más cortos posibles para que los cambios en su tamaño se minimicen dentro de este segmento. Esto se llama Ley de Ohm en forma diferencial.
En otras palabras: la densidad de corriente es directamente proporcional a la resistencia y conductividad de una sección infinitamente pequeña del conductor.
En forma integral:
Ley de Ohm para corriente alterna
Al calcular los circuitos de CA, en lugar del concepto de resistencia, se introduce el concepto de "impedancia". La impedancia se denota con la letra Z, incluye la resistencia de la carga Ra y reactancia X (o Rr). Esto se debe a la forma de la corriente sinusoidal (y corrientes de cualquier otra forma) y a los parámetros de los elementos inductivos, así como a las leyes de conmutación:
- La corriente en un circuito con inductancia no puede cambiar instantáneamente.
- El voltaje en un circuito con capacitancia no puede cambiar instantáneamente.
Por lo tanto, la corriente comienza a retrasarse o adelantarse al voltaje, y la potencia aparente se divide en activa y reactiva.
U = I * Z
XL y XC Son los componentes reactivos de la carga.
En este sentido, se introduce el valor de cosF:
Aquí - Q - potencia reactiva debida a corriente alterna y componentes inductivo-capacitivos, P - potencia activa (asignada a componentes activos), S - potencia aparente, cosФ - coeficiente poder.
Es posible que haya notado que la fórmula y su presentación se superponen con el teorema de Pitágoras. Esto es realmente así, y el ángulo Ф depende de qué tan grande sea el componente reactivo de la carga: cuanto más es, más es. En la práctica, esto lleva a que la corriente que realmente fluye en la red sea mayor que la que tiene en cuenta el medidor doméstico, mientras que las empresas pagan por la capacidad total.
En este caso, la resistencia se presenta de forma compleja:
Aquí j es la unidad imaginaria, que es típica de la forma compleja de ecuaciones. Menos comúnmente denotado como i, pero en ingeniería eléctrica, el valor rms de una corriente alterna también se denota, por lo tanto, para no confundirse, es mejor usar j.
La unidad imaginaria es √-1. Es lógico que no exista tal número al elevar al cuadrado, lo que puede obtener un resultado negativo "-1".
Cómo recordar la ley de Ohm
Para memorizar la ley de Ohm, puede memorizar la formulación en palabras simples como:
Cuanto mayor es el voltaje, mayor es la corriente, mayor es la resistencia, menor es la corriente.
O use imágenes y reglas mnemotécnicas. La primera es una representación piramidal de la ley de Ohm, breve y comprensible.
Una regla mnemotécnica es una forma simplificada de un concepto por su simple y fácil comprensión y estudio. Puede ser verbal o gráfico. Para encontrar la fórmula correcta correctamente, cierre el valor requerido con el dedo y obtenga la respuesta en forma de producto o cociente. Así es como funciona:
El segundo es un espectáculo de caricatura. Se muestra aquí: cuanto más ohmios intenta, más difícil pasa el amperio, y cuanto más voltios, más fácil pasa el amperio.
Finalmente, recomendamos ver un video útil, que explica la Ley de Ohm y su aplicación en palabras simples:
La ley de Ohm es una de las fundamentales en ingeniería eléctrica, sin su conocimiento, la mayoría de los cálculos son imposibles. Y en el trabajo diario, a menudo tienes que traducir amperios a kilovatios o determinar la corriente por resistencia. No es en absoluto necesario comprender su conclusión y el origen de todas las cantidades, pero las fórmulas finales son obligatorias para dominar. En conclusión, me gustaría señalar que hay un viejo proverbio cómico de los electricistas: "Si no conoces a Om, quédate en casa". Y si en cada broma hay una pizca de verdad, aquí esta pizca de verdad es el 100%. Estudia los fundamentos teóricos si quieres convertirte en un profesional en la práctica, y otros artículos de nuestro sitio te ayudarán con esto.
