Ohmov zakon za celotno verigo in za del verige: možnosti pisanja formule, opis in razlaga

Poklicni električar ali strokovnjak za elektroniko ne more zaobiti Ohmovega zakona pri svojih dejavnostih, pri reševanju kakršnih koli težav, povezanih z nastavitvijo, nastavitvijo in popravilom elektronskih in električnih vezij.

Pravzaprav mora vsakdo razumeti ta zakon. Kajti vsak se mora v vsakdanjem življenju soočati z elektriko.

In čeprav je Ohmov zakon nemškega fizika predviden v srednješolskem kurikulumu, se v praksi ne preučuje vedno pravočasno. Zato bomo v našem gradivu obravnavali tako pomembno temo za življenje in razumeli možnosti za pisanje formule.

En odsek in celoten električni krog

Če upoštevamo električni tokokrog z vidika uporabe Ohmovega zakona v vezju, je treba opozoriti na dve možni možnosti izračuna: za ločen odsek in za polno vezje.

Izračun toka odseka električnega tokokroga

Odsek električnega tokokroga se praviloma šteje za del tokokroga, ki izključuje vir EMF, saj ima dodatni notranji upor.

Zato je formula za izračun v tem primeru videti preprosta:

I = U/R,

Kje oziroma:

• jaz – jakost toka;
• U – uporabljena napetost;
• R - odpornost.

Razlaga formule je preprosta - tok, ki teče skozi določen odsek vezja, je sorazmeren z napetostjo, ki se nanj nanaša, upor pa je obratno sorazmeren.

Tako imenovana grafična "marjetica", skozi katero je predstavljen celoten niz variacij formulacij, ki temeljijo na Ohmovem zakonu. Priročno orodje za žepno shranjevanje: sektor "P" - formule moči; sektor "U" - napetostne formule; sektor "I" - trenutne formule; sektor "R" - formule odpornosti

Tako formula jasno opisuje odvisnost pretoka toka skozi ločen odsek električnega tokokroga glede na določene vrednosti napetosti in upora.

Formula je primerna za uporabo, na primer pri izračunu parametrov upora, ki jih je treba spajkati v vezje, če sta podana napetost in tok.

Ohmov zakon in dve posledici, ki ju mora poznati vsak poklicni inženir elektromehanike, elektrotehnik, elektronik in vsak, ki se ukvarja z delovanjem električnih tokokrogov. Od leve proti desni: 1 - določitev toka; 2 - določanje odpornosti; 3 - definicija napetosti, kjer I - tok, U - napetost, R - upor

Zgornja slika bo pomagala določiti, na primer, tok, ki teče skozi 10-ohmski upor, na katerega je priključena napetost 12 voltov. Če nadomestimo vrednosti, ugotovimo - I = 12 / 10 = 1,2 ampera.

Na podoben način rešujemo probleme iskanja upora (če sta znani tok in napetost) ali napetosti (ko sta znani napetost in tok).

Tako lahko vedno izberete želeno delovno napetost, zahtevano jakost toka in optimalen uporovni element.

Formula, ki je predlagana za uporabo, ne zahteva upoštevanja parametrov vira napetosti.Vendar bo vezje, ki vsebuje na primer baterijo, izračunano po drugi formuli. Na diagramu: A – vklop ampermetra; V – vklop voltmetra.

Mimogrede, povezovalne žice katerega koli vezja so upor. Obremenitev, ki jo morajo prenesti, je določena z napetostjo.

Skladno s tem, ponovno z uporabo Ohmovega zakona, postane mogoče natančno izbrati zahtevani presek prevodnika, odvisno od materiala jedra.

Na naši spletni strani so podrobna navodila izračun preseka kabla glede na moč in tok.

Možnost izračuna za celotno verigo

Celotno vezje je sestavljeno iz odseka (odsekov) in vira EMF. To je pravzaprav notranji upor vira EMF dodan obstoječi uporovni komponenti odseka vezja.

Zato je logično nekoliko spremeniti zgornjo formulo:

I = U / (R + r)

Seveda lahko vrednost notranjega upora EMF v Ohmovem zakonu za celotno električno vezje štejemo za zanemarljivo, čeprav je ta vrednost upora v veliki meri odvisna od strukture vira EMF.

Vendar pa je pri izračunu kompleksnih elektronskih vezij, električnih vezij z veliko prevodniki, prisotnost dodatnega upora pomemben dejavnik.

Za izračune v pogojih celotnega električnega tokokroga se vedno upošteva vrednost upora vira EMF. Ta vrednost se sešteje z upornostjo samega električnega tokokroga. V diagramu: I - tok toka; R - zunanji uporovni element; r je uporovni faktor EMF (vira energije)

Tako za odsek vezja kot za celotno vezje je treba upoštevati naravni trenutek - uporabo konstantnega ali spremenljivega toka.

Če bi zgoraj navedene točke, značilne za Ohmov zakon, upoštevali z vidika uporabe enosmernega toka, potem z izmeničnim tokom vse izgleda nekoliko drugače.

Upoštevanje učinka zakona na spremenljivo količino

Koncept "odpornosti" na pogoje prehoda izmeničnega toka je treba obravnavati bolj kot koncept "impedance". To se nanaša na kombinacijo uporovne obremenitve (Ra) in reaktivne uporne obremenitve (Rr).

Takšni pojavi so posledica parametrov induktivnih elementov in zakonov preklapljanja glede na spremenljivo vrednost napetosti - vrednost sinusnega toka.

To je enakovredno vezje električnega tokokroga izmeničnega toka za izračun z uporabo formulacij, ki temeljijo na načelih Ohmovega zakona: R - uporovna komponenta; C je kapacitivna komponenta; L—induktivna komponenta; EMF je vir energije; I - tok toka

Z drugimi besedami, obstaja učinek trenutnih vrednosti, ki vodijo (zaostajajo) od napetostnih vrednosti, ki jih spremlja pojav aktivnih (uporovnih) in reaktivnih (induktivnih ali kapacitivnih) moči.

Takšni pojavi se izračunajo po formuli:

Z=U/I oz Z = R + J * (X_L -X_C)

Kje: Z – impedanca; R – aktivna obremenitev; X_L , X_C – induktivno in kapacitivno breme; J - koeficient.

Serijska in vzporedna vezava elementov

Za elemente električnega tokokroga (odsek tokokroga) je značilna točka serijska ali vzporedna povezava.

V skladu s tem vsako vrsto povezave spremlja drugačen vzorec pretoka toka in napetosti.V zvezi s tem se Ohmov zakon uporablja tudi različno, odvisno od možnosti vključevanja elementov.

Vezje zaporedno vezanih uporovnih elementov

V zvezi s serijsko povezavo (odsek vezja z dvema komponentama) se uporablja naslednja formulacija:

• jaz = jaz₁ = jaz₂ ;
• U = U₁ +U₂ ;
• R = R₁ + R₂

Ta formulacija jasno dokazuje, da se vrednost toka, ki teče skozi odsek vezja, ne glede na število zaporedno povezanih uporovnih komponent ne spremeni.

Povezava uporovnih elementov v odseku tokokroga zaporedno drug z drugim. Ta možnost ima svoj zakon izračuna. V diagramu: I, I1, I2 - tok toka; R1, R2 - uporovni elementi; U, U1, U2 - uporabljena napetost

Velikost napetosti, uporabljene za efektivne uporovne komponente vezja, je vsota in skupna vrednost vira emf.

V tem primeru je napetost na vsaki posamezni komponenti enaka: Ux = I * Rx.

Skupni upor je treba obravnavati kot vsoto vrednosti vseh uporovnih komponent v vezju.

Vezje vzporedno povezanih uporovnih elementov

V primeru vzporedne povezave uporovnih komponent se glede na zakon nemškega fizika Ohma šteje za pravično naslednja formulacija:

• jaz = jaz₁ +jaz₂ … ;
• U = U₁ = U₂ … ;
• 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …

Možnosti za ustvarjanje odsekov vezja "mešanega" tipa, ko se uporabljajo vzporedne in serijske povezave, niso izključene.

Povezava uporovnih elementov na odseku vezja vzporedno drug z drugim. Za to možnost se uporablja drugačen zakon izračuna. V diagramu: I, I1, I2 - tok toka; R1, R2 - uporovni elementi; U je dobavljena napetost; A, B - vstopne/izstopne točke

Za takšne možnosti se izračun običajno izvede z začetnim izračunom uporovne vrednosti vzporedne povezave. Nato dobljenemu rezultatu dodamo vrednost zaporedno vezanega upora.

Integralne in diferencialne oblike prava

Vse zgornje točke z izračuni veljajo za pogoje, ko se v električnih tokokrogih uporabljajo vodniki tako rekoč "homogene" strukture.

Medtem se je v praksi pogosto treba ukvarjati s konstrukcijo shem, kjer se struktura vodnikov spreminja v različnih odsekih. Na primer, uporabljajo se žice večjega prereza ali, nasprotno, manjšega, izdelane iz različnih materialov.

Da bi upoštevali takšne razlike, obstaja različica tako imenovanega "diferencialno-integralnega Ohmovega zakona". Za infinitezimalni prevodnik se raven gostote toka izračuna glede na vrednost napetosti in prevodnosti.

Za diferencialni izračun se uporablja naslednja formula: J = ό * E

Za integralni izračun je torej formula: I * R = φ1 – φ2 + έ

Vendar so ti primeri precej bližje šoli višje matematike in se dejansko ne uporabljajo v resnični praksi preprostega električarja.

Zaključki in uporaben video na to temo

Podrobna analiza Ohmovega zakona v spodnjem videu bo pripomogla k končni utrditvi znanja v tej smeri.

Edinstvena video lekcija kvalitativno podkrepi teoretično pisno predstavitev:

Delo električarja ali dejavnost elektronika je neločljivo povezano s trenutki, ko je dejansko treba upoštevati zakon Georga Ohma. To so nekakšne resnice, ki bi jih moral poznati vsak strokovnjak.

Obširno znanje o tem vprašanju ni potrebno - dovolj je, da se naučite treh glavnih različic besedila, da ga lahko uspešno uporabite v praksi.

Ali želite zgornje gradivo dopolniti z dragocenimi komentarji ali izraziti svoje mnenje? Komentarje napišite v blok pod člankom. Če imate kakršna koli vprašanja, jih ne oklevajte in vprašajte naše strokovnjake.