Pour un électricien et un électronicien, l'une des lois fondamentales est la loi d'Ohm. Chaque jour, le travail impose de nouvelles tâches à un spécialiste et il est souvent nécessaire de trouver un remplaçant à une résistance grillée ou à un groupe d'éléments. Un électricien doit souvent changer de câbles, afin de choisir le bon, vous devez "estimer" le courant dans la charge, vous devez donc utiliser les lois physiques et les rapports les plus simples de la vie quotidienne. L'importance de la loi d'Ohm en génie électrique est colossale, d'ailleurs, la plupart des travaux de diplôme des spécialités du génie électrique sont calculés à 70-90% selon une formule.
Teneur:
- Référence historique
- Loi d'Ohm pour un tronçon de chaîne
- Loi d'Ohm pour circuit parallèle et série
- La loi d'Ohm pour un circuit complet
- La loi d'Ohm sous forme différentielle et intégrale
- La loi d'Ohm pour le courant alternatif
- Comment se souvenir de la loi d'Ohm
Référence historique
La loi d'Ohm a été découverte en 1826 par le scientifique allemand Georg Ohm. Il a défini et décrit empiriquement la loi du rapport courant, tension et type de conducteur. Plus tard, il s'est avéré que le troisième composant n'est rien de plus que la résistance. Par la suite, cette loi a été nommée d'après le découvreur, mais la loi ne s'est pas limitée à la matière, son nom de famille et la quantité physique ont été nommés, en hommage à son travail.
La valeur dans laquelle la résistance est mesurée porte le nom de Georg Ohm. Par exemple, les résistances ont deux caractéristiques principales: la puissance en watts et la résistance - une unité de mesure en ohms, kilo-ohms, méga-ohms, etc.
Loi d'Ohm pour un tronçon de chaîne
Pour décrire un circuit électrique qui ne contient pas de CEM, vous pouvez utiliser la loi d'Ohm pour une section du circuit. C'est la forme d'enregistrement la plus simple. Cela ressemble à ceci :
I = U / R
Où I est le courant, mesuré en ampères, U est la tension en volts, R est la résistance en ohms.
Une telle formule nous dit que le courant est directement proportionnel à la tension et inversement proportionnel à la résistance - c'est la formulation exacte de la loi d'Ohm. La signification physique de cette formule est de décrire la dépendance du courant à travers une section du circuit à une résistance et une tension connues.
Attention! Cette formule est valable pour le courant continu, pour le courant alternatif elle présente de légères différences, nous y reviendrons plus tard.
En plus du rapport des grandeurs électriques, cette forme nous dit que le graphique de la dépendance du courant à la tension dans la résistance est linéaire et que l'équation de la fonction est remplie :
f (x) = ky ou f (u) = IR ou f (u) = (1 / R) * I
La loi d'Ohm pour une section d'un circuit est utilisée pour calculer la résistance d'une résistance dans une section d'un circuit ou pour déterminer le courant qui la traverse à une tension et une résistance connues. Par exemple, nous avons une résistance R de 6 ohms avec une tension de 12 V appliquée à ses bornes. Il est nécessaire de déterminer la quantité de courant qui le traversera. Calculons :
I = 12V / 6 Ohm = 2A
Un conducteur idéal n'a pas de résistance, cependant, en raison de la structure des molécules de la substance qui le compose, tout corps conducteur a une résistance. Par exemple, c'est la raison de la transition des fils d'aluminium aux fils de cuivre dans les réseaux électriques domestiques. La résistivité du cuivre (ohms par mètre de longueur) est inférieure à celle de l'aluminium. En conséquence, les fils de cuivre chauffent moins, résistent à des courants élevés, ce qui signifie que vous pouvez utiliser un fil de section plus petite.
Un autre exemple - les spirales des appareils de chauffage et des résistances ont une résistance spécifique élevée, car sont constitués de divers métaux à haute résistance, tels que le nichrome, le kantal, etc. Lorsque les porteurs de charge traversent un conducteur, ils entrent en collision avec des particules dans le réseau cristallin, ce qui libère de l'énergie sous forme de chaleur et le conducteur s'échauffe. Plus il y a de courant - plus il y a de collisions - plus il chauffe.
Pour réduire l'échauffement, le conducteur doit être soit raccourci, soit augmenté en épaisseur (section transversale). Cette information peut être écrite sous la forme d'une formule :
Rle fil= (L / S)
Où est la résistivité en Ohm * mm2/ m, L - longueur en m, S - section transversale.
Loi d'Ohm pour circuit parallèle et série
Selon le type de connexion, il existe un modèle différent de flux de courant et de distribution de tension. Pour une section d'une chaîne de connexion en série d'éléments, la tension, le courant et la résistance sont trouvés par la formule:
I = I1 = I2
U = U1 + U2
R = R1 + R2
Cela signifie que le même courant circule dans un circuit d'un nombre arbitraire d'éléments connectés en série. Dans ce cas, la tension appliquée à tous les éléments (la somme des chutes de tension) est égale à la tension de sortie de l'alimentation. Chaque élément a individuellement sa propre valeur de tension et dépend de l'intensité du courant et de la résistance spécifique :
Ue-mail= I * Rélément
La résistance de la section de circuit pour les éléments connectés en parallèle est calculée par la formule :
I = I1 + I2
U = U1 = U2
1 / R = 1 / R1 + 1 / R2
Pour une connexion mixte, vous devez amener la chaîne sous une forme équivalente. Par exemple, si une résistance est connectée à deux résistances connectées en parallèle, calculez d'abord la résistance de celles connectées en parallèle. Vous obtiendrez la résistance totale des deux résistances et vous n'aurez plus qu'à l'ajouter à la troisième, qui est connectée en série avec elles.
La loi d'Ohm pour un circuit complet
Un circuit complet suppose une source d'alimentation. Une source d'alimentation idéale est un appareil qui a une caractéristique :
- tension, s'il s'agit d'une source EMF ;
- l'intensité du courant, s'il s'agit d'une source de courant ;
Une telle alimentation est capable de fournir n'importe quelle puissance avec des paramètres de sortie constants. Dans une alimentation réelle, il existe également des paramètres tels que la puissance et la résistance interne. En fait, la résistance interne est une résistance imaginaire installée en série avec la source EMF.
La formule de la loi d'Ohm pour un circuit complet est similaire, mais la résistance interne du PI est ajoutée. Pour une chaîne complète, elle s'écrit par la formule :
I = / (R + r)
Où est la FEM en Volts, R est la résistance de charge, r est la résistance interne de la source d'alimentation.
En pratique, la résistance interne est d'une fraction d'Ohm, mais pour les sources galvaniques, elle augmente significativement. Vous l'avez observé lorsque deux batteries (neuves et mortes) ont la même tension, mais l'une donne le courant requis et fonctionne correctement, et la seconde ne fonctionne pas, car s'affaisse à la moindre charge.
La loi d'Ohm sous forme différentielle et intégrale
Pour une section homogène du circuit, les formules ci-dessus sont valables; pour un conducteur inhomogène, il faut divisé en segments les plus courts possibles afin que les changements de sa taille soient minimisés dans ce segment. C'est ce qu'on appelle la loi d'Ohm sous forme différentielle.
En d'autres termes: la densité de courant est directement proportionnelle à la force et à la conductivité pour une section infiniment petite du conducteur.
Sous forme intégrale :
La loi d'Ohm pour le courant alternatif
Lors du calcul des circuits alternatifs, au lieu du concept de résistance, le concept "d'impédance" est introduit. L'impédance est désignée par la lettre Z, elle comprend la résistance de la charge Rune et la réactance X (ou Rr). Cela est dû à la forme du courant sinusoïdal (et aux courants de toute autre forme) et aux paramètres des éléments inductifs, ainsi qu'aux lois de commutation :
- Le courant dans un circuit avec inductance ne peut pas changer instantanément.
- La tension dans un circuit avec une capacité ne peut pas changer instantanément.
Ainsi, le courant commence à être en retard ou en avance sur la tension et la puissance apparente est divisée en active et réactive.
U = I * Z
XL et XC Sont les composants réactifs de la charge.
À cet égard, la valeur cosF est introduite :
Ici - Q - puissance réactive due au courant alternatif et aux composants inductifs-capacitifs, P - puissance active (attribuée aux composants actifs), S - puissance apparente, cosФ - coefficient Puissance.
Vous avez peut-être remarqué que la formule et sa présentation chevauchent le théorème de Pythagore. C'est vraiment le cas, et l'angle dépend de la taille de la composante réactive de la charge - plus elle est élevée, plus elle est importante. En pratique, cela conduit au fait que le courant circulant réellement dans le réseau est supérieur à celui qui est pris en compte par le compteur domestique, alors que les entreprises paient la pleine capacité.
Dans ce cas, la résistance se présente sous une forme complexe :
Ici j est l'unité imaginaire, ce qui est typique de la forme complexe des équations. Moins communément noté i, mais en génie électrique, la valeur efficace d'un courant alternatif est également notée. Par conséquent, afin de ne pas se tromper, il est préférable d'utiliser j.
L'unité imaginaire est √-1. Il est logique qu'il n'y ait pas de tel nombre lors de la mise au carré, ce qui peut obtenir un résultat négatif "-1".
Comment se souvenir de la loi d'Ohm
Pour mémoriser la loi d'Ohm, vous pouvez mémoriser la formulation avec des mots simples comme :
Plus la tension est élevée, plus le courant est élevé, plus la résistance est élevée, plus le courant est faible.
Ou utilisez des images et des règles mnémoniques. Le premier est une représentation pyramidale de la loi d'Ohm - brève et compréhensible.
Une règle mnémotechnique est une forme simplifiée d'un concept pour sa compréhension et son étude simples et faciles. Il peut être verbal ou graphique. Pour trouver correctement la bonne formule, fermez la valeur requise avec votre doigt et obtenez la réponse sous forme de produit ou de quotient. Voilà comment cela fonctionne:
Le second est un spectacle caricatural. C'est indiqué ici: plus il y a d'essais d'Ohm, plus l'Ampère passe difficilement, et plus il y a de Volts, plus l'Ampère passe facilement.
Enfin, nous vous recommandons de regarder une vidéo utile qui explique la loi d'Ohm et son application en termes simples :
La loi d'Ohm est l'une des fondamentales en génie électrique, à son insu, la plupart des calculs sont impossibles. Et dans le travail de tous les jours, vous devez souvent traduire ampères en kilowatts ou déterminer le courant par résistance. Il n'est pas du tout nécessaire de comprendre sa conclusion et l'origine de toutes les quantités - mais les formules finales sont obligatoires pour la maîtrise. En conclusion, je voudrais noter qu'il existe un vieux proverbe comique d'électriciens: "Si vous ne connaissez pas Om, restez à la maison." Et si dans chaque blague il y a un grain de vérité, alors ici ce grain de vérité est à 100%. Étudiez les fondements théoriques si vous souhaitez devenir un professionnel dans la pratique, et d'autres articles de notre site vous y aideront.
