Prawo Ohma dla całego łańcucha: historia i formuły.

Jakie jest prawo Ohma dla kompletnego łańcucha? Jest to zatem formuła, w której wyraźnie widoczne jest połączenie głównych parametrów obwodu elektrycznego: prądu, napięcia i rezystancji. Aby zrozumieć istotę prawa, najpierw zajmijmy się pewnymi pojęciami.

Co nazywa się obwodem elektrycznym?

Obwód elektryczny jest drogą w przepływającym obwodzie elektrycznym ładunki (elektryczne elementy, przewody i inne urządzenia). Oczywiście jego początek jest uważany za źródło zasilania. Pod wpływem pola elektromagnetycznego, zjawisk fotonów lub procesów chemicznych, ładunki elektryczne mają tendencję do przełączania się na przeciwległy koniec tego źródła zasilania.

Co to jest prąd elektryczny?

Kierunek ruchu naładowanych cząstek podczas działania na pole elektryczne lub inne siły zewnętrzne jest wywoływany prąd elektryczny. Jego kierunek zależy od kierunkowości protonów (ładunków dodatnich). Prąd będzie stały, jeśli z upływem czasu nie zmieni się ani jego siła, ani kierunek.

Historia Prawa Ohma

Podczas przeprowadzania eksperymentów z konduktorem, fizyk George Ohm był w stanie ustalić, że prąd jest proporcjonalny do napięcia, które jest stosowane do jego końców:

I / sim U lub I = G / U,

gdzie G jest przewodnością elektryczną, a wartość R = 1 / G jest opornością elektryczną przewodu. Odkrycie to zostało ustalone przez słynnego niemieckiego fizyka w 1827 roku.

Prawa Ohma

Dla pełnego układu, definicja będzie następująca: prąd w obwodzie elektrycznym jest równy stosunkowi siły elektromotorycznej (dalej EMF) źródła do sumy rezystancji:

I = E / (R + r)

gdzie R jest oporem obwodu zewnętrznego, a r jest oporem wewnętrznym obecne źródło. Dość często sformułowanie prawa powoduje trudności, ponieważ nie wszyscy znają pojęcie EMF, różnią się od napięcia, nie każdy wie, co to znaczy i skąd pochodzi opór wewnętrzny. W tym celu i potrzebujemy wyjaśnienia, ponieważ prawo Ohma dotyczące kompletnego łańcucha ma głębokie znaczenie.

Sformułowanie prawa dla odcinka łańcucha można nazwać przejrzystym. Chodzi o to, że dla jego zrozumienia nie są potrzebne żadne dodatkowe wyjaśnienia: prąd w obwodzie jest wprost proporcjonalny do napięcia i odwrotnie proporcjonalny do rezystancji:

I = U / R.

Znaczenie

Prawo Ohma dla pełnego obwodu jest ściśle powiązane z prawem zachowania energii. Załóżmy, że obecne źródło nie ma wewnętrznego oporu. Co zatem powinno się stać? Okazuje się, że gdyby nie było oporu, wówczas obwód zewnętrzny miałby większy prąd, a moc byłaby większa.

Czas poradzić sobie z koncepcją siły elektromotorycznej. Ta wartość reprezentuje różnicę między potencjałami elektrycznymi na zaciskach źródłowych, ale tylko bez żadnego obciążenia. Jako przykład, weźmy ciśnienie wody w podniesionym zbiorniku. Poziom wody będzie na miejscu, dopóki nie zostanie zużyty. Po otwarciu zaworu poziom płynu spadnie, ponieważ nie ma zamiany. Wchodzenie w rurę, woda doświadcza oporu, to samo dzieje się z ładunkami elektrycznymi w drucie.

W przypadku braku obciążeń, zaciski są w stanie otwartym, okazuje się, że EMF i napięcie pokrywają się w wielkości. Jeśli na przykład włączymy żarówkę, obwód się zamknie, a siła elektromotoryczna wytworzy w niej napięcie, wykonując pożyteczną pracę. Część energii spowodowana oporem wewnętrznym rozproszy się (to się nazywa utratą).

W takim przypadku, jeśli opór konsumenta jest mniejszy niż wewnętrzny, wówczas duża moc jest przydzielana w bieżącym źródle. A potem następuje spadek pola elektromagnetycznego w obwodzie zewnętrznym, a na oporze wewnętrznym traci się znaczną część energii. Istotą praw zachowania jest to, że natura nie może zająć więcej niż dawać.

Istota wewnętrznego oporu wobec mieszkańców "Chruszczowa", którzy mają klimatyzację w mieszkaniach, a stare przewody nie zostały wymienione, jest dobrze znana. Miernik elektryczny obraca się z zawrotną prędkością, podgrzewa gniazdo i ścianę, na której przechodzą stare aluminiowe przewody, w wyniku czego klimatyzator ledwie chłodzi powietrze w pomieszczeniu.

Natura r

"Full Ohm" (tak jak prawo to się nazywa elektryków) jest słabo rozumiane, ponieważ opór wewnętrzny źródła, z reguły, nie jest elektryczny. Zajmijmy się tym na przykładzie baterii solnej. Wiadomo, że bateria elektryczna składa się z kilku elementów, ale rozważymy tylko jeden. Mamy więc gotową baterię "Krone", składającą się z 7 połączonych szeregowo elementów.

Jak powstaje obecne pokolenie? W naczyniu z elektrolitem umieszczamy pręt węglowy w powłoce manganu składającej się z elektrod dodatnich lub anod. Konkretnie, w tym przykładzie pręt węglowy działa jako kolektor prądu. Metal cynkowy tworzy elektrody ujemne (katody). Przy zakupie baterii z reguły elektrolit żelowy. Ciecz używana jest bardzo rzadko. Cynkowy kubek z elektrolitem i anodami działa jak elektroda ujemna.

Okazuje się, że tajemnica baterii tkwi w tym, że potencjał elektryczny manganu nie jest tak wysoki, jak potencjał cynku. Dlatego elektrony są przyciągane do katody, a to z kolei wypycha dodatnio naładowane jony cynku do anody. W rezultacie katoda jest stopniowo zużywana. Być może wszyscy wiedzą, że jeśli zużyta bateria nie zostanie wymieniona w odpowiednim czasie, może wyciekać. Jaki jest powód? Wszystko jest bardzo proste: elektrolit zacznie przepływać przez odłączony kubek.

Kiedy ładunki poruszają się na pręcie węglowym, ładunki dodatnie kumulują się w powłoce manganu, podczas gdy ładunki ujemne gromadzą się na cynku. Dlatego nazywane są anodą i katodą, ale wewnątrz baterii wyglądają inaczej. Różnica między ładunkami i stworzy siłę elektromotoryczną źródło zasilania. Ładunki zatrzymają się w elektrolicie, gdy różnica potencjałów materiału elektrody jest równa wartości pola elektromagnetycznego, a siły przyciągania są równe siłom odpychania.

Teraz zamknijmy obwód: wystarczy podłączyć żarówkę do akumulatora. Przechodząc przez sztuczne źródło światła, ładunki powrócą na swoje miejsce ("dom"), a żarówka zapali się. Wewnątrz baterii ruch elektronów i jonów rozpocznie się ponownie, gdy ładunki wyszły na zewnątrz, a siła przyciągania lub odpychania pojawiła się ponownie.

W rzeczywistości bateria wytwarza prąd, dlatego żarówka świeci, jest to spowodowane zużyciem cynku, który w tym procesie przekształca się w inne związki chemiczne. Aby wyodrębnić czysty cynk, zgodnie z prawo zachowania energii musisz go wydać, ale nie w formie elektrycznej (dokładnie tak, jak podano żarówkę).

Teraz wreszcie możemy poradzić sobie z naturą wewnętrznego oporu źródła. W akumulatorze jest przeszkodą w ruchu dużych jonów. Ruch elektronów bez jonów jest niemożliwy, ponieważ nie ma siły przyciągania.

W generatorach przemysłowych r pojawia się nie tylko ze względu na rezystancję elektryczną uzwojeń, ale również ze względu na przyczyny zewnętrzne. Na przykład w elektrowniach wodnych wielkość tej wielkości zależy od wydajności turbiny, oporu przepływu wody w przewodzie, a także od strat w mechanicznej transmisji. Ponadto, niektóre wpływają na temperaturę wody i na to, jak jest ona zamulona.

Prąd przemienny

Zastanawialiśmy się już nad prawem Ohma dla całego obwodu dla prądu stałego. Jak zmienia się formuła przy napięciu przemiennym? Zanim się o tym dowiemy, opiszemy samą koncepcję. Prąd przemienny to ruch naładowanych elektrycznie cząstek, których kierunek i wartość zmieniają się w czasie. W przeciwieństwie do stałej towarzyszą temu dodatkowe czynniki generujące nowy rodzaj oporu (reaktywny). Jest charakterystyczny dla kondensatorów i cewek indukcyjnych.

Prawo Ohma dla pełnego obwodu dla AC ma postać:

I = U / Z

gdzie Z to impedancja składająca się z czynnej i reaktywnej.

Nie tak źle

Prawo Ohma dla pełnego obwodu, oprócz wskazywania utraty energii, sugeruje również sposoby ich wyeliminowania. Konwencjonalni elektrycy rzadko używają wzoru do znajdowania złożonej rezystancji w obecności pojemności lub indukcyjności w obwodzie. W większości przypadków prąd jest mierzony przez roztocza lub specjalny tester. A kiedy znane jest napięcie, można łatwo obliczyć złożoną rezystancję (jeśli jest to naprawdę konieczne).