Pentru un electrician și inginer electronic, una dintre legile de bază este Legea lui Ohm. În fiecare zi, munca stabilește noi sarcini pentru specialist și adesea este necesar să se găsească un înlocuitor pentru un rezistor ars sau un grup de elemente. Un electrician trebuie să schimbe adesea cablurile, pentru a-l alege pe cel potrivit, trebuie să „estimați” curentul din sarcină, așa că trebuie să utilizați cele mai simple legi fizice și rapoarte în viața de zi cu zi. Importanța Legii lui Ohm în inginerie electrică este colosală, de altfel, majoritatea lucrărilor de diplomă ale specialităților de inginerie electrică sunt calculate cu 70-90% după o singură formulă.
Conţinut:
- Referință istorică
- Legea lui Ohm pentru o secțiune a unui lanț
- Legea lui Ohm pentru circuite în paralel și în serie
- Legea lui Ohm pentru un circuit complet
- Legea lui Ohm în formă diferențială și integrală
- Legea lui Ohm pentru curent alternativ
- Cum să ne amintim legea lui Ohm
Referință istorică
Legea lui Ohm a fost descoperită în 1826 de omul de știință german Georg Ohm. El a definit și descris empiric legea relației dintre puterea curentului, tensiune și tipul de conductor. Mai târziu s-a dovedit că a treia componentă nu este altceva decât rezistență. Ulterior, această lege a fost numită după descoperitor, dar legea nu s-a limitat la materie, i s-a numit numele de familie și cantitatea fizică, ca un tribut adus operei sale.
Valoarea în care se măsoară rezistența este numită după Georg Ohm. De exemplu, rezistențele au două caracteristici principale: puterea în wați și rezistența - o unitate de măsură în ohmi, kilo-ohmi, mega-ohmi etc.
Legea lui Ohm pentru o secțiune a unui lanț
Pentru a descrie un circuit electric care nu conține EMF, puteți utiliza legea lui Ohm pentru o secțiune a circuitului. Aceasta este cea mai simplă formă de înregistrare. Arata cam asa:
I = U/R
Unde I este curent, măsurat în Amperi, U este tensiunea în volți, R este rezistența în ohmi.
O astfel de formulă ne spune că curentul este direct proporțional cu tensiunea și invers proporțional cu rezistența - aceasta este formularea exactă a Legii lui Ohm. Sensul fizic al acestei formule este de a descrie dependența curentului printr-o secțiune a circuitului la o rezistență și o tensiune cunoscute.
Atenţie! Această formulă este valabilă pentru curent continuu, pentru curent alternativ are mici diferențe, vom reveni la aceasta mai târziu.
Pe lângă raportul mărimilor electrice, această formă ne spune că graficul dependenței curentului de tensiunea din rezistență este liniar și ecuația funcției este îndeplinită:
f (x) = ky sau f (u) = IR sau f (u) = (1 / R) * I
Legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit este utilizată pentru a calcula rezistența unui rezistor într-o secțiune a unui circuit sau pentru a determina curentul prin acesta la o tensiune și rezistență cunoscute. De exemplu, avem un rezistor R de 6 ohmi cu o tensiune de 12 V aplicată la bornele sale. Este necesar să aflați cât de mult curent va curge prin el. Să calculăm:
I = 12V / 6 Ohm = 2A
Un conductor ideal nu are rezistență, însă, datorită structurii moleculelor substanței din care este compus, orice corp conductor are rezistență. De exemplu, acesta a fost motivul tranziției de la firele de aluminiu la fire de cupru în rețelele electrice de uz casnic. Rezistivitatea cuprului (ohmi pe metru lungime) este mai mică decât cea a aluminiului. În consecință, firele de cupru se încălzesc mai puțin, rezistă la curenți mari, ceea ce înseamnă că puteți utiliza un fir cu o secțiune transversală mai mică.
Un alt exemplu - spiralele dispozitivelor și rezistențelor de încălzire au o rezistență specifică ridicată, deoarece sunt realizate din diferite metale de înaltă rezistență, precum nicrom, kantal etc. Când purtătorii de sarcină se deplasează printr-un conductor, ei se ciocnesc cu particulele din rețeaua cristalină, în urma cărora energia este eliberată sub formă de căldură și conductorul se încălzește. Cu cât este mai mult curent - cu atât mai multe ciocniri - cu atât mai multă încălzire.
Pentru a reduce încălzirea, conductorul trebuie fie scurtat, fie mărit în grosime (aria secțiunii transversale). Aceste informații pot fi scrise sub formă de formulă:
Rfirul= ρ (L / S)
Unde ρ este rezistivitatea în Ohm * mm2/ m, L - lungime în m, S - aria secțiunii transversale.
Legea lui Ohm pentru circuite în paralel și în serie
În funcție de tipul de conexiune, există un model diferit de flux de curent și distribuție a tensiunii. Pentru o secțiune a unui lanț de conexiune în serie a elementelor, tensiunea, curentul și rezistența se găsesc prin formula:
I = I1 = I2
U = U1 + U2
R = R1 + R2
Aceasta înseamnă că același curent curge într-un circuit cu un număr arbitrar de elemente conectate în serie. În acest caz, tensiunea aplicată tuturor elementelor (suma căderilor de tensiune) este egală cu tensiunea de ieșire a sursei de alimentare. Fiecare element individual are propria sa valoare a tensiunii și depinde de puterea curentului și rezistența specifică:
Ue-mail= I * Relement
Rezistența secțiunii circuitului pentru elementele conectate în paralel este calculată prin formula:
I = I1 + I2
U = U1 = U2
1 / R = 1 / R1 + 1 / R2
Pentru o conexiune mixtă, trebuie să aduceți lanțul într-o formă echivalentă. De exemplu, dacă un rezistor este conectat la două rezistențe conectate în paralel, atunci calculați mai întâi rezistența celor conectate în paralel. Veți obține rezistența totală a celor două rezistențe și trebuie doar să o adăugați la al treilea, care este conectat în serie cu ele.
Legea lui Ohm pentru un circuit complet
Un circuit complet presupune o sursă de energie. O sursă de alimentare ideală este un dispozitiv care are o caracteristică:
- tensiune, dacă este o sursă EMF;
- puterea curentului, dacă este o sursă de curent;
O astfel de sursă de alimentare este capabilă să furnizeze orice putere cu parametrii de ieșire constanti. Într-o sursă de alimentare reală, există și parametri precum puterea și rezistența internă. De fapt, rezistența internă este un rezistor imaginar instalat în serie cu sursa EMF.
Formula Legii lui Ohm pentru un circuit complet arată similară, dar se adaugă rezistența internă a PI. Pentru un lanț complet, se scrie după formula:
I = ε / (R + r)
Unde ε este EMF în Volți, R este rezistența de sarcină, r este rezistența internă a sursei de alimentare.
În practică, rezistența internă este o fracțiune de Ohm, dar pentru sursele galvanice, crește semnificativ. Ați observat acest lucru când două baterii (nouă și descărcată) au aceeași tensiune, dar una emite curentul necesar și funcționează corect, iar a doua nu funcționează, deoarece se lasa la cea mai mica sarcina.
Legea lui Ohm în formă diferențială și integrală
Pentru o secțiune omogenă a circuitului, formulele de mai sus sunt valabile; pentru un conductor neomogen, este necesar împărțit în cele mai scurte segmente posibile, astfel încât modificările dimensiunii sale să fie minimizate în cadrul acesteia segment. Aceasta se numește Legea lui Ohm în formă diferențială.
Cu alte cuvinte: densitatea de curent este direct proporțională cu rezistența și conductibilitatea pentru o secțiune infinit de mică a conductorului.
În formă integrală:
Legea lui Ohm pentru curent alternativ
La calcularea circuitelor AC, în locul conceptului de rezistență, este introdus conceptul de „impedanță”. Impedanța este notată cu litera Z, include rezistența sarcinii RA și reactanța X (sau Rr). Acest lucru se datorează formei curentului sinusoidal (și curenților de orice alte forme) și parametrilor elementelor inductive, precum și legilor comutației:
- Curentul dintr-un circuit cu inductanță nu se poate schimba instantaneu.
- Tensiunea dintr-un circuit cu o capacitate nu se poate schimba instantaneu.
Astfel, curentul începe să rămână în urmă sau înaintea tensiunii, iar puterea aparentă este împărțită în activă și reactivă.
U = I * Z
XL și XC Sunt componentele reactive ale sarcinii.
În acest sens, se introduce valoarea cosF:
Aici - Q - putere reactivă datorită curentului alternativ și componentelor inductiv-capacitive, P - putere activă (alocată componentelor active), S - putere aparentă, cosФ - coeficient putere.
Poate ați observat că formula și prezentarea ei se suprapun cu teorema lui Pitagora. Acest lucru este într-adevăr așa, iar unghiul Ф depinde de cât de mare este componenta reactivă a sarcinii - cu cât este mai mult, cu atât este mai mult. În practică, acest lucru duce la faptul că curentul care curge efectiv în rețea este mai mare decât cel care este luat în considerare de contorul de uz casnic, în timp ce întreprinderile plătesc pentru întreaga capacitate.
În acest caz, rezistența este prezentată într-o formă complexă:
Aici j este unitatea imaginară, care este tipică pentru forma complexă a ecuațiilor. Mai puțin frecvent notat ca i, dar în inginerie electrică, valoarea rms a unui curent alternativ este de asemenea notă, prin urmare, pentru a nu fi confundat, este mai bine să folosiți j.
Unitatea imaginară este √-1. Este logic că nu există un astfel de număr la pătrat, care poate obține un rezultat negativ „-1”.
Cum să ne amintim legea lui Ohm
Pentru a memora Legea lui Ohm, puteți memora formularea în cuvinte simple precum:
Cu cât tensiunea este mai mare, cu atât curentul este mai mare, cu atât rezistența este mai mare, cu atât curentul este mai mic.
Sau folosiți imagini și reguli mnemonice. Prima este o reprezentare în formă de piramidă a legii lui Ohm - scurtă și de înțeles.
O regulă mnemonică este o formă simplificată a unui concept pentru înțelegerea și studiul său simplu și ușor. Poate fi verbal sau grafic. Pentru a găsi corect formula potrivită, închideți valoarea necesară cu degetul și obțineți răspunsul sub forma unui produs sau coeficient. Asa functioneaza:
Al doilea este un spectacol de caricatură. Se arată aici: cu cât încearcă mai mult Ohm, cu atât amperii trece mai greu și cu cât mai mulți Volți, cu atât amperii trece mai ușor.
În cele din urmă, vă recomandăm să vizionați un videoclip util care explică Legea lui Ohm și aplicarea acesteia în cuvinte simple:
Legea lui Ohm este una dintre fundamentale în electrotehnică, fără știrea lui, majoritatea calculelor sunt imposibile. Și în munca de zi cu zi, de multe ori trebuie să traduci amperi la kilowați sau determinați curentul prin rezistență. Nu este deloc necesar să înțelegem concluzia acesteia și originea tuturor cantităților - dar formulele finale sunt obligatorii pentru stăpânire. În concluzie, aș dori să remarc că există un vechi proverb comic de la electricieni: „Dacă nu-l cunoști pe Om, stai acasă”. Și dacă în fiecare glumă există un sâmbure de adevăr, atunci aici acest sâmbure de adevăr este 100%. Studiază bazele teoretice dacă vrei să devii un profesionist în practică, iar alte articole de pe site-ul nostru te vor ajuta în acest sens.
