Lei de Ohm para uma seção de uma cadeia e uma cadeia completa: fórmulas e explicação

Para um eletricista e engenheiro eletrônico, uma das leis básicas é a Lei de Ohm. A cada dia o trabalho impõe novas tarefas ao especialista e, muitas vezes, é necessário encontrar um substituto para um resistor queimado ou um conjunto de elementos. Freqüentemente, um eletricista tem que trocar os cabos, para escolher o correto, você precisa "estimar" a corrente na carga, então você tem que usar as leis e proporções físicas mais simples da vida cotidiana. A importância da Lei de Ohm na engenharia elétrica é colossal, aliás, a maioria dos diplomas de especialidades em engenharia elétrica são calculados em 70-90% de acordo com uma fórmula.

Referência histórica

A Lei de Ohm foi descoberta em 1826 pelo cientista alemão Georg Ohm. Ele definiu e descreveu empiricamente a lei da relação entre a intensidade da corrente, a tensão e o tipo de condutor. Mais tarde, descobriu-se que o terceiro componente nada mais é do que resistência. Posteriormente, essa lei recebeu o nome do descobridor, mas a lei não se limitou à matéria, nomeou-se seu sobrenome e a quantidade física, em homenagem à sua obra.

O valor em que a resistência é medida tem o nome de Georg Ohm. Por exemplo, os resistores têm duas características principais: potência em watts e resistência - uma unidade de medida em ohms, quilo-ohms, mega-ohms, etc.

Lei de Ohm para uma seção de uma corrente

Para descrever um circuito elétrico que não contém EMF, você pode usar a lei de Ohm para uma seção do circuito. Esta é a forma mais simples de gravação. Se parece com isso:

I = U / R

Onde I é a corrente, medida em Amperes, U é a tensão em volts, R é a resistência em ohms.

Tal fórmula nos diz que a corrente é diretamente proporcional à voltagem e inversamente proporcional à resistência - esta é a formulação exata da Lei de Ohm. O significado físico desta fórmula é descrever a dependência da corrente através de uma seção do circuito em uma resistência e tensão conhecidas.

Atenção! Esta fórmula é válida para corrente contínua, para corrente alternada ela tem pequenas diferenças, voltaremos a isso mais tarde.

Além da razão das grandezas elétricas, esta forma nos diz que o gráfico da dependência da corrente na tensão na resistência é linear e a equação da função é cumprida:

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

A lei de Ohm para uma seção de um circuito é usada para calcular a resistência de um resistor em uma seção de um circuito ou para determinar a corrente através dele em uma tensão e resistência conhecidas. Por exemplo, temos um resistor R de 6 ohms com uma tensão de 12 V aplicada a seus terminais. É necessário descobrir quanta corrente fluirá por ele. Vamos calcular:

I = 12V / 6 Ohm = 2A

Um condutor ideal não tem resistência, entretanto, devido à estrutura das moléculas da substância que o compõe, qualquer corpo condutor tem resistência. Por exemplo, este foi o motivo da transição dos fios de alumínio para os fios de cobre nas redes elétricas domésticas. A resistividade do cobre (ohms por metro de comprimento) é menor que a do alumínio. Conseqüentemente, os fios de cobre aquecem menos, suportam altas correntes, o que significa que você pode usar um fio de seção transversal menor.

Outro exemplo - as espirais de dispositivos de aquecimento e resistores possuem uma alta resistência específica, porque são feitos de vários metais de alta resistência, como nicrômio, kantal, etc. Quando os portadores de carga se movem através de um condutor, eles colidem com partículas na estrutura do cristal, como resultado da qual a energia é liberada na forma de calor e o condutor se aquece. Quanto mais corrente - quanto mais colisões - mais aquecimento.

Para reduzir o aquecimento, o condutor deve ser encurtado ou aumentado em espessura (área da seção transversal). Essas informações podem ser escritas como uma fórmula:

R_{o fio}= ρ (L / S)

Onde ρ é a resistividade em Ohm * mm²/ m, L - comprimento em m, S - área da seção transversal.

Lei de Ohm para circuito paralelo e série

Dependendo do tipo de conexão, há um padrão diferente de fluxo de corrente e distribuição de tensão. Para uma seção de uma cadeia de conexão em série de elementos, tensão, corrente e resistência são encontradas pela fórmula:

I = I1 = I2

U = U1 + U2

R = R1 + R2

Isso significa que a mesma corrente flui em um circuito de um número arbitrário de elementos conectados em série. Nesse caso, a tensão aplicada a todos os elementos (a soma das quedas de tensão) é igual à tensão de saída da fonte de alimentação. Cada elemento individualmente tem seu próprio valor de tensão e depende da intensidade da corrente e da resistência específica:

você_{o email}= I * R_elemento

A resistência da seção do circuito para elementos conectados em paralelo é calculada pela fórmula:

I = I1 + I2

U = U1 = U2

1 / R = 1 / R1 + 1 / R2

Para uma conexão mista, você precisa levar a corrente a uma forma equivalente. Por exemplo, se um resistor está conectado a dois resistores conectados em paralelo, então primeiro calcule a resistência dos resistores conectados em paralelo. Você obterá a resistência total dos dois resistores e basta adicioná-la ao terceiro, que está conectado em série com eles.

Lei de Ohm para um circuito completo

Um circuito completo pressupõe uma fonte de alimentação. Uma fonte de energia ideal é um dispositivo que tem uma característica:

• tensão, se for uma fonte EMF;
• força da corrente, se for uma fonte de corrente;

Essa fonte de alimentação é capaz de fornecer qualquer energia com parâmetros de saída constantes. Em uma fonte de alimentação real, também existem parâmetros como potência e resistência interna. Na verdade, a resistência interna é um resistor imaginário instalado em série com a fonte EMF.

A fórmula da Lei de Ohm para um circuito completo é semelhante, mas a resistência interna do PI é adicionada. Para uma cadeia completa, é escrito pela fórmula:

I = ε / (R + r)

Onde ε é o EMF em Volts, R é a resistência da carga, r é a resistência interna da fonte de alimentação.

Na prática, a resistência interna é uma fração de Ohm, mas para fontes galvânicas, aumenta significativamente. Você observou isso quando duas baterias (novas e gastas) têm a mesma tensão, mas uma dá a corrente necessária e funciona bem, e a segunda não funciona, porque cede com a menor carga.

Lei de Ohm em forma diferencial e integral

Para uma seção homogênea do circuito, as fórmulas acima são válidas; para um condutor não homogêneo, é necessário dividir nos segmentos mais curtos possíveis para que as alterações em seu tamanho sejam minimizadas dentro deste segmento. Isso é chamado de Lei de Ohm em forma diferencial.

Em outras palavras: a densidade de corrente é diretamente proporcional à força e condutividade para uma seção infinitamente pequena do condutor.

Na forma integral:

Lei de Ohm para corrente alternada

Ao calcular circuitos CA, em vez do conceito de resistência, o conceito de "impedância" é introduzido. A impedância é denotada pela letra Z, inclui a resistência da carga R_uma e reatância X (ou R_r). Isso se deve ao formato da corrente senoidal (e correntes de quaisquer outras formas) e aos parâmetros dos elementos indutivos, bem como às leis de comutação:

1. A corrente em um circuito com indutância não pode mudar instantaneamente.
2. A tensão em um circuito com capacitância não pode mudar instantaneamente.

Assim, a corrente começa a ficar para trás ou para frente da tensão, e a potência aparente é dividida em ativa e reativa.

U = I * Z

X_eu e X_C São os componentes reativos da carga.

A este respeito, o valor cosF é introduzido:

Aqui - Q - potência reativa devido à corrente alternada e componentes indutivo-capacitivos, P - potência ativa (alocada aos componentes ativos), S - potência aparente, cosФ - coeficiente potência.

Você deve ter notado que a fórmula e sua apresentação se sobrepõem ao teorema de Pitágoras. É realmente assim, e o ângulo Ф depende de quão grande é o componente reativo da carga - quanto mais ele é, mais ele é. Na prática, isso leva ao fato de que a corrente que efetivamente circula na rede é maior do que a que é contabilizada no contador doméstico, enquanto as empresas pagam pela capacidade total.

Nesse caso, a resistência é apresentada de forma complexa:

Aqui j é a unidade imaginária, típica para a forma complexa de equações. Menos comumente denotado como i, mas em engenharia elétrica, o valor rms de uma corrente alternada também é denotado, portanto, para não se confundir, é melhor usar j.

A unidade imaginária é √-1. É lógico que não haja tal número ao elevar ao quadrado, o que pode obter um resultado negativo "-1".

Como lembrar a lei de Ohm

Para memorizar a Lei de Ohm, você pode memorizar a formulação em palavras simples como:

Quanto mais alta a tensão, mais alta é a corrente, quanto mais alta a resistência e mais baixa a corrente.

Ou use imagens e regras mnemônicas. O primeiro é uma representação em forma de pirâmide da lei de Ohm - breve e compreensível.

Uma regra mnemônica é uma forma simplificada de um conceito por sua compreensão e estudo simples e fácil. Pode ser verbal ou gráfico. Para encontrar a fórmula certa corretamente, feche o valor requerido com o dedo e obtenha a resposta na forma de um produto ou quociente. É assim que funciona:

O segundo é um show de caricatura. É mostrado aqui: quanto mais o Ohm tenta, mais difícil passa o Ampère, e quanto mais Volts, mais fácil é o Ampère.

Finalmente, recomendamos assistir a um vídeo útil que explica a Lei de Ohm e sua aplicação em palavras simples:

A lei de Ohm é uma das fundamentais na engenharia elétrica, sem o seu conhecimento a maioria dos cálculos são impossíveis. E no trabalho diário, muitas vezes você tem que traduzir amperes para quilowatts ou determinar a corrente por resistência. Não é necessário entender sua conclusão e a origem de todas as quantidades - mas as fórmulas finais são obrigatórias para o domínio. Para concluir, gostaria de observar que existe um antigo provérbio cômico de eletricistas: "Se você não conhece Om, fique em casa." E se em cada piada existe um grão de verdade, então aqui este grão de verdade é 100%. Estude os fundamentos teóricos se quiser se tornar um profissional na prática, e outros artigos do nosso site o ajudarão nisso.