Ohmi seadus ahela lõigu ja terve ahela kohta: valemid ja selgitus

Elektriku ja elektroonikainseneri jaoks on üks põhiseadusi Ohmi seadus. Iga päev seab töö spetsialistile uusi ülesandeid ning sageli on vaja leida asendus läbipõlenud takistile või elementide rühmale. Tihti peab elektrik kaableid vahetama, õige valimiseks tuleb "hinnata" koormuse voolutugevust, seega tuleb igapäevaelus kasutada lihtsamaid füüsikaseadusi ja -suhteid. Ohmi seaduse tähtsus elektrotehnikas on kolossaalne, muide, enamik elektrotehnika erialade diplomitöid on ühe valemi järgi arvutatud 70-90%.

Ajalooline viide

Ohmi seaduse avastas 1826. aastal saksa teadlane Georg Ohm. Ta defineeris ja kirjeldas empiiriliselt voolutugevuse, pinge ja juhi tüübi seose seadust. Hiljem selgus, et kolmas komponent pole midagi muud kui vastupanu. Edaspidi nimetati see seadus avastaja järgi, kuid seadus ei piirdunud asjaga, tema perekonnanimi ja füüsikaline suurus nimetati austusavaldusena tema tööle.

Väärtus, milles takistust mõõdetakse, on nime saanud Georg Ohmi järgi. Näiteks takistitel on kaks põhiomadust: võimsus vattides ja takistus - mõõtühik oomides, kilooomides, megaoomides jne.

Ohmi seadus keti lõigu kohta

Elektrilise vooluringi kirjeldamiseks, mis ei sisalda EMF-i, võite kasutada Ohmi seadust ahela osa jaoks. See on kõige lihtsam salvestusviis. See näeb välja selline:

I = U / R

Kus I on vool, mõõdetuna amprites, U on pinge voltides, R on takistus oomides.

Selline valem ütleb meile, et vool on otseselt võrdeline pingega ja pöördvõrdeline takistusega – see on Ohmi seaduse täpne sõnastus. Selle valemi füüsikaline tähendus on kirjeldada voolu sõltuvust läbi vooluahela osa teadaoleva takistuse ja pinge juures.

Tähelepanu! See valem kehtib alalisvoolu puhul, vahelduvvoolu puhul on sellel väikesed erinevused, tuleme selle juurde hiljem tagasi.

Lisaks elektriliste suuruste suhtele näitab see vorm, et voolu sõltuvuse graafik takistuses olevast pingest on lineaarne ja funktsiooni võrrand on täidetud:

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

Ahela lõigu Ohmi seadust kasutatakse takisti takistuse arvutamiseks ahela lõigul või seda läbiva voolu määramiseks teadaoleva pinge ja takistuse korral. Näiteks on meil 6-oomine takisti R, mille klemmidele on rakendatud pinge 12 V. On vaja välja selgitada, kui palju voolu seda läbib. Arvutame:

I = 12V / 6 Ohm = 2A

Ideaalsel juhil puudub takistus, kuid selle aine molekulide struktuuri tõttu, millest see koosneb, on igal juhtival kehal takistus. Näiteks oli see põhjuseks kodumajapidamiste elektrivõrkudes üleminek alumiiniumilt vasktraatidele. Vase eritakistus (oomi pikkuse meetri kohta) on väiksem kui alumiiniumil. Sellest lähtuvalt soojenevad vasktraadid vähem, taluvad suuri voolusid, mis tähendab, et saate kasutada väiksema ristlõikega traati.

Teine näide - kütteseadmete ja takistite spiraalidel on suur eritakistus, sest on valmistatud erinevatest suure vastupidavusega metallidest, nagu nikroom, kantal jne. Kui laengukandjad liiguvad läbi juhi, põrkuvad nad kristallvõres olevate osakestega, mille tulemusena vabaneb energia soojuse kujul ja juht kuumeneb. Mida rohkem voolu - seda rohkem kokkupõrkeid - seda rohkem küte.

Kuumutamise vähendamiseks tuleb juhti kas lühendada või paksust (ristlõikepindala) suurendada. Selle teabe saab kirjutada valemina:

R_juhe= ρ (L / S)

Kus ρ on eritakistus oomides * mm²/ m, L - pikkus meetrites, S - ristlõikepindala.

Ohmi seadus paralleel- ja jadaahela jaoks

Sõltuvalt ühenduse tüübist on voolu ja pinge jaotuse muster erinev. Elementide jadaühenduse ahela lõigu jaoks leitakse pinge, vool ja takistus järgmise valemi abil:

I = I1 = I2

U = U1 + U2

R = R1 + R2

See tähendab, et suvalise arvu järjestikku ühendatud elementide ahelas voolab sama vool. Sel juhul on kõikidele elementidele rakendatav pinge (pingelanguste summa) võrdne toiteallika väljundpingega. Igal elemendil on oma pinge väärtus ja see sõltub voolutugevusest ja eritakistusest:

U_e-mail= I * R_element

Rööpühenduse sektsiooni takistus paralleelselt ühendatud elementide jaoks arvutatakse järgmise valemiga:

I = I1 + I2

U = U1 = U2

1 / R = 1 / R1 + 1 / R2

Segaühenduse jaoks peate kett viima samaväärsele kujule. Näiteks kui üks takisti on ühendatud kahe paralleelselt ühendatud takistiga, siis arvuta esmalt paralleelühendusega takistite takistus. Saate kahe takisti kogutakistuse ja peate selle lihtsalt lisama kolmandale, mis on nendega järjestikku ühendatud.

Ohmi seadus tervikliku vooluringi jaoks

Täielik ahel eeldab toiteallikat. Ideaalne toiteallikas on seade, millel on üks omadus:

• pinge, kui see on EMF-i allikas;
• voolutugevus, kui see on vooluallikas;

Selline toiteallikas on võimeline andma mis tahes võimsust konstantsete väljundparameetritega. Päris toiteallikas on ka sellised parameetrid nagu võimsus ja sisetakistus. Tegelikult on sisetakistus kujuteldav takisti, mis on paigaldatud järjestikku EMF-i allikaga.

Ohmi seaduse valem terve vooluringi jaoks näeb välja sarnane, kuid lisandub PI sisetakistus. Täieliku ahela jaoks kirjutatakse see valemiga:

I = ε / (R + r)

Kus ε on EMF voltides, R on koormuse takistus, r on toiteallika sisetakistus.

Praktikas on sisetakistus oomi murdosa, kuid galvaaniliste allikate puhul suureneb see oluliselt. Märkasite seda siis, kui kahel akul (uuel ja tühjal) on sama pinge, kuid üks annab vajaliku voolu välja ja töötab korralikult, teine ​​aga ei tööta, sest langeb väikseima koormuse korral.

Ohmi seadus diferentsiaal- ja integraalkujul

Vooluahela homogeense lõigu jaoks kehtivad ülaltoodud valemid, ebahomogeense juhi jaoks on see vajalik jaotatud võimalikult lühikesteks segmentideks, nii et selle suuruse muutused oleksid selles minimaalsed segment. Seda nimetatakse diferentsiaalkujul Ohmi seaduseks.

Teisisõnu: voolutihedus on otseselt võrdeline juhtme lõpmata väikese lõigu tugevuse ja juhtivusega.

Integreeritud kujul:

Ohmi seadus vahelduvvoolu kohta

Vahelduvvooluahelate arvutamisel võetakse takistuse mõiste asemel kasutusele mõiste "impedants". Takistus on tähistatud tähega Z, see hõlmab koormuse R takistust_a ja reaktants X (või R_r). Selle põhjuseks on sinusoidse voolu (ja mis tahes muude vormide voolude) kuju ja induktiivelementide parameetrid, samuti kommutatsiooniseadused:

1. Vool induktiivsusega ahelas ei saa hetkega muutuda.
2. Pinge mahtuvusega ahelas ei saa hetkega muutuda.

Seega hakkab vool pingest maha või ette jääma ning näivvõimsus jaguneb aktiivseks ja reaktiivseks.

U = I * Z

X_L ja X_C Kas koormuse reaktiivsed komponendid.

Sellega seoses võetakse kasutusele cosF väärtus:

Siin - Q - reaktiivvõimsus, mis tuleneb vahelduvvoolust ja induktiiv-mahtuvuslikest komponentidest, P - aktiivvõimsus (eraldatud aktiivsetele komponentidele), S - näivvõimsus, cosФ - koefitsient võimsus.

Võib-olla olete märganud, et valem ja selle esitus kattuvad Pythagorase teoreemiga. See on tõesti nii ja nurk Ф sõltub sellest, kui suur on koormuse reaktiivkomponent - mida rohkem seda on, seda rohkem. Praktikas toob see kaasa asjaolu, et võrgus tegelikult voolav vool on suurem, kui majapidamisarvesti arvestab, samas kui ettevõtted maksavad täisvõimsuse eest.

Sel juhul esitatakse vastupanu keerulisel kujul:

Siin on j kujuteldav ühik, mis on tüüpiline võrrandite kompleksvormile. Harvemini tähistatakse i-ga, kuid elektrotehnikas tähistatakse ka vahelduvvoolu efektiivväärtust, seega, et mitte segadusse sattuda, on parem kasutada j-d.

Imaginaarne ühik on √-1. Loogiline, et ruudustamisel pole sellist arvu, mis võib saada negatiivse tulemuse "-1".

Kuidas Ohmi seadust meeles pidada

Ohmi seaduse meeldejätmiseks võite sõnastuse meelde jätta lihtsate sõnadega, näiteks:

Mida kõrgem on pinge, seda suurem on vool, seda suurem on takistus, seda väiksem on vool.

Või kasutage mnemopilte ja reegleid. Esimene on Ohmi seaduse püramiidilaadne esitus – lühike ja arusaadav.

Mnemooniline reegel on kontseptsiooni lihtsustatud vorm selle lihtsaks ja hõlpsaks mõistmiseks ja uurimiseks. See võib olla kas verbaalne või graafiline. Õige valemi õigeks leidmiseks sulge näpuga vajalik väärtus ja saad vastuse korrutise või jagatise kujul. See toimib järgmiselt.

Teine on karikatuurisaade. Siin on näidatud: mida rohkem oomi proovib, seda raskemini amprit läbib ja mida rohkem volti, seda kergemini amper läbib.

Lõpuks soovitame vaadata kasulikku videot, mis selgitab Ohmi seadust ja selle rakendamist lihtsate sõnadega:

Ohmi seadus on elektrotehnikas üks põhialuseid, ilma tema teadmata on enamik arvutusi võimatu teha. Ja igapäevatöös tuleb sageli tõlkida ampreid kilovattidesse või määrake vool takistuse järgi. Selle järeldust ja kõigi suuruste päritolu pole üldse vaja mõista - kuid lõplikud valemid on valdamiseks kohustuslikud. Kokkuvõtteks tahaksin märkida, et elektrikutelt on pärit vana koomiline vanasõna: "Kui sa Omi ei tunne, jää koju." Ja kui igas naljas on terake tõtt, siis siin on see tõetera 100%. Kui soovite praktikas professionaaliks saada, uurige teoreetilisi aluseid ja teised meie saidi artiklid aitavad teid selles.