Per un elettricista ed ingegnere elettronico, una delle leggi fondamentali è la legge di Ohm. Ogni giorno il lavoro pone nuovi compiti per lo specialista e spesso è necessario trovare un sostituto per un resistore bruciato o un gruppo di elementi. Un elettricista deve spesso cambiare i cavi, per scegliere quello giusto è necessario "stimare" la corrente nel carico, quindi nella vita di tutti i giorni è necessario utilizzare le leggi e i rapporti fisici più semplici. L'importanza della legge di Ohm nell'ingegneria elettrica è colossale, a proposito, la maggior parte dei lavori di diploma delle specialità di ingegneria elettrica sono calcolati del 70-90% secondo una formula.
Contenuto:
- Riferimento storico
- Legge di Ohm per una sezione di una catena
- Legge di Ohm per circuiti in parallelo e in serie
- Legge di Ohm per un circuito completo
- Legge di Ohm in forma differenziale e integrale
- Legge di Ohm per la corrente alternata
- Come ricordare la legge di Ohm?
Riferimento storico
La legge di Ohm fu scoperta nel 1826 dallo scienziato tedesco Georg Ohm. Egli definì e descrisse empiricamente la legge del rapporto tra intensità di corrente, tensione e tipo di conduttore. Successivamente si è scoperto che il terzo componente non è altro che resistenza. Successivamente, questa legge fu nominata in onore dello scopritore, ma la legge non si limitava alla materia, fu nominata il suo cognome e la grandezza fisica, in omaggio alla sua opera.
Il valore in cui viene misurata la resistenza prende il nome da Georg Ohm. Ad esempio, i resistori hanno due caratteristiche principali: potenza in watt e resistenza - un'unità di misura in ohm, kilo-ohm, mega-ohm, ecc.
Legge di Ohm per una sezione di una catena
Per descrivere un circuito elettrico che non contiene EMF, puoi usare la legge di Ohm per una sezione del circuito. Questa è la forma più semplice di registrazione. Sembra così:
io = U / R
Dove I è la corrente, misurata in Ampere, U è la tensione in volt, R è la resistenza in ohm.
Questa formula ci dice che la corrente è direttamente proporzionale alla tensione e inversamente proporzionale alla resistenza: questa è l'esatta formulazione della legge di Ohm. Il significato fisico di questa formula è descrivere la dipendenza della corrente attraverso una sezione del circuito a resistenza e tensione note.
Attenzione! Questa formula è valida per la corrente continua, per la corrente alternata presenta lievi differenze, su questo torneremo più avanti.
Oltre al rapporto delle grandezze elettriche, questa forma ci dice che il grafico della dipendenza della corrente dalla tensione nella resistenza è lineare e l'equazione della funzione è soddisfatta:
f (x) = ky o f (u) = IR o f (u) = (1 / R) * I
La legge di Ohm per una sezione di un circuito viene utilizzata per calcolare la resistenza di un resistore in una sezione di un circuito o per determinare la corrente che la attraversa a una tensione e resistenza note. Ad esempio, abbiamo un resistore R da 6 ohm con una tensione di 12 V applicata ai suoi terminali. È necessario scoprire quanta corrente scorrerà attraverso di essa. Calcoliamo:
io = 12V / 6 Ohm = 2A
Un conduttore ideale non ha resistenza, tuttavia, a causa della struttura delle molecole della sostanza di cui è composto, qualsiasi corpo conduttore ha resistenza. Ad esempio, questo è stato il motivo del passaggio dai fili di alluminio a quelli di rame nelle reti elettriche domestiche. La resistività del rame (ohm per metro di lunghezza) è inferiore a quella dell'alluminio. Di conseguenza, i fili di rame si riscaldano meno, resistono a correnti elevate, il che significa che è possibile utilizzare un filo di sezione trasversale più piccola.
Un altro esempio: le spirali dei dispositivi di riscaldamento e dei resistori hanno un'elevata resistenza specifica, perché sono realizzati con vari metalli ad alta resistenza, come nicromo, kantal, ecc. Quando i portatori di carica si muovono attraverso un conduttore, si scontrano con particelle nel reticolo cristallino, a seguito del quale viene rilasciata energia sotto forma di calore e il conduttore si riscalda. Più corrente - più collisioni - più riscaldamento.
Per ridurre il riscaldamento, il conduttore deve essere accorciato o aumentato di spessore (sezione trasversale). Queste informazioni possono essere scritte come una formula:
Ril cavo= (L / S)
Dove è la resistività in Ohm * mm2/ m, L - lunghezza in m, S - area della sezione trasversale.
Legge di Ohm per circuiti in parallelo e in serie
A seconda del tipo di connessione, esiste un diverso schema di flusso di corrente e distribuzione di tensione. Per una sezione di una catena di collegamento in serie di elementi, tensione, corrente e resistenza si trovano dalla formula:
I = I1 = I2
U = U1 + U2
R = R1 + R2
Ciò significa che la stessa corrente scorre in un circuito di un numero arbitrario di elementi collegati in serie. In questo caso, la tensione applicata a tutti gli elementi (la somma delle cadute di tensione) è uguale alla tensione di uscita dell'alimentatore. Ogni elemento ha individualmente il proprio valore di tensione e dipende dall'intensità della corrente e dalla resistenza specifica:
tue-mail= io * Relemento
La resistenza della sezione del circuito per elementi collegati in parallelo è calcolata dalla formula:
I = I1 + I2
U = U1 = U2
1 / R = 1 / R1 + 1 / R2
Per una connessione mista, è necessario portare la catena in una forma equivalente. Ad esempio, se un resistore è collegato a due resistori collegati in parallelo, calcolare prima la resistenza di quelli collegati in parallelo. Otterrai la resistenza totale dei due resistori e devi solo aggiungerla al terzo, che è collegato in serie con loro.
Legge di Ohm per un circuito completo
Un circuito completo presuppone una fonte di alimentazione. Una fonte di alimentazione ideale è un dispositivo che ha una caratteristica:
- tensione, se è una sorgente EMF;
- forza attuale, se è una fonte di corrente;
Un tale alimentatore è in grado di fornire qualsiasi potenza con parametri di uscita costanti. In un vero alimentatore ci sono anche parametri come potenza e resistenza interna. In effetti, la resistenza interna è un resistore immaginario installato in serie con la sorgente EMF.
La formula della legge di Ohm per un circuito completo sembra simile, ma viene aggiunta la resistenza interna del PI. Per una catena completa, è scritto dalla formula:
io = ε / (R + r)
Dove è l'EMF in Volt, R è la resistenza di carico, r è la resistenza interna della fonte di alimentazione.
In pratica la resistenza interna è una frazione di Ohm, ma per le sorgenti galvaniche aumenta notevolmente. Hai notato questo quando due batterie (nuove e scariche) hanno la stessa tensione, ma una emette la corrente richiesta e funziona correttamente, e la seconda non funziona, perché si abbassa al minimo carico.
Legge di Ohm in forma differenziale e integrale
Per una sezione omogenea del circuito valgono le formule precedenti, per un conduttore disomogeneo è necessario suddivisa nei segmenti più brevi possibili in modo che i cambiamenti nelle sue dimensioni siano ridotti al minimo all'interno di questo segmento. Questa è chiamata legge di Ohm in forma differenziale.
In altre parole: la densità di corrente è direttamente proporzionale alla forza e alla conduttività per una sezione infinitamente piccola del conduttore.
In forma integrale:
Legge di Ohm per la corrente alternata
Quando si calcolano i circuiti CA, invece del concetto di resistenza, viene introdotto il concetto di "impedenza". L'impedenza è indicata dalla lettera Z, include la resistenza del carico Run e reattanza X (o RR). Ciò è dovuto alla forma della corrente sinusoidale (e alle correnti di qualsiasi altra forma) e ai parametri degli elementi induttivi, nonché alle leggi di commutazione:
- La corrente in un circuito con induttanza non può cambiare istantaneamente.
- La tensione in un circuito con una capacità non può cambiare istantaneamente.
Pertanto, la corrente inizia a rimanere indietro o in anticipo rispetto alla tensione e la potenza apparente è divisa in attiva e reattiva.
U = I * Z
Xl e XC Sono i componenti reattivi del carico.
A tal proposito si introduce il valore cosF:
Qui - Q - potenza reattiva dovuta a corrente alternata e componenti induttivi-capacitivi, P - potenza attiva (allocata ai componenti attivi), S - potenza apparente, cosФ - coefficiente potenza.
Potresti aver notato che la formula e la sua presentazione si sovrappongono al teorema di Pitagora. È proprio così, e l'angolo Ф dipende da quanto è grande la componente reattiva del carico: più è, più è. In pratica, questo porta al fatto che la corrente effettivamente circolante in rete è maggiore di quella che viene presa in considerazione dal contatore domestico, mentre le imprese pagano la piena capacità.
In questo caso, la resistenza si presenta in una forma complessa:
Qui j è l'unità immaginaria, tipica della forma complessa delle equazioni. Meno comunemente indicato con i, ma in ingegneria elettrica, viene indicato anche il valore efficace di una corrente alternata, quindi, per non confondersi, è meglio usare j.
L'unità immaginaria è -1. È logico che non ci sia un tale numero durante la quadratura, che può ottenere un risultato negativo "-1".
Come ricordare la legge di Ohm?
Per memorizzare la legge di Ohm, puoi memorizzare la formulazione in parole semplici come:
Maggiore è la tensione, maggiore è la corrente, maggiore è la resistenza, minore è la corrente.
Oppure usa immagini e regole mnemoniche. La prima è una rappresentazione piramidale della legge di Ohm - breve e comprensibile.
Una regola mnemonica è una forma semplificata di un concetto per la sua semplice e facile comprensione e studio. Può essere verbale o grafico. Per trovare correttamente la formula giusta, chiudi con il dito il valore richiesto e ottieni la risposta sotto forma di prodotto o quoziente. È così che funziona:
Il secondo è uno spettacolo di caricature. È mostrato qui: più Ohm tenta, più difficile passa l'Ampere e più Volt, più facile passa l'Ampere.
Infine, ti consigliamo di guardare un video utile che spiega la legge di Ohm e la sua applicazione in parole semplici:
La legge di Ohm è una delle fondamentali nell'ingegneria elettrica, a sua insaputa, la maggior parte dei calcoli sono impossibili. E nel lavoro di tutti i giorni, spesso devi tradurre ampere in kilowatt o determinare la corrente mediante resistenza. Non è affatto necessario comprendere la sua conclusione e l'origine di tutte le quantità, ma le formule finali sono obbligatorie per la padronanza. In conclusione, vorrei sottolineare che esiste un vecchio proverbio comico degli elettricisti: "Se non conosci Om, resta a casa." E se in ogni battuta c'è un granello di verità, allora qui questo granello di verità è al 100%. Studia le basi teoriche se vuoi diventare un professionista nella pratica e altri articoli del nostro sito ti aiuteranno in questo.