Prawo Ohma w prostym języku

Historia odniesienia

Rokiem odkrycia jest prawo Ohma - 1826 r. Niemieckiego naukowca Georga Oma. Empirycznie określił i opisał prawo dotyczące stosunku siły prądu, napięcia i rodzaju przewodu. Później okazało się, że trzeci element to nic innego jak opór. Następnie prawo to zostało nazwane na cześć odkrywcy, ale prawo nie poprzestało na tym, zostało nazwane po nazwie i wielkości fizycznej, jako hołd dla jego dzieła.

Wartość, w której mierzony jest opór, nosi imię Georga Ohma. Na przykład rezystory mają dwie główne cechy: moc w watach i rezystancję - jednostka miary w omach, kilo-omach, megaomach itp.

Prawo Ohma dla odcinka łańcucha

Prawo Ohma dla części obwodu można wykorzystać do opisania obwodu elektrycznego, który nie zawiera pola elektromagnetycznego. To najprostsza forma nagrywania. To wygląda tak:

I = U / R

Gdzie I to prąd mierzony w amperach, U to napięcie w woltach, R to rezystancja w omach.

Ta formuła mówi nam, że prąd jest wprost proporcjonalny do napięcia i odwrotnie proporcjonalny do rezystancji - jest to dokładne sformułowanie prawa Ohma. Fizycznym znaczeniem tego wzoru jest opisanie zależności prądu przez odcinek obwodu o znanej rezystancji i napięciu.

Uwaga!Ta formuła obowiązuje dla prądu stałego, dla prądu przemiennego ma niewielkie różnice, do tego wrócimy później.

Oprócz stosunku wielkości elektrycznych ta forma mówi nam, że wykres prądu w funkcji napięcia w rezystancji jest liniowy i spełnione jest równanie funkcji:

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

Prawo Ohma dla odcinka obwodu służy do obliczenia rezystancji rezystora w odcinku obwodu lub do określenia prądu przez niego przy znanym napięciu i rezystancji. Na przykład mamy rezystor R o rezystancji 6 omów, do jego zacisków przykładane jest napięcie 12 V. Musisz dowiedzieć się, jaki prąd przez niego przepłynie. Oblicz:

I = 12 V / 6 Ohm = 2 A.

Idealny przewodnik nie ma oporu, jednak ze względu na strukturę cząsteczek substancji, z której się składa, każdy element przewodzący ma opór. Na przykład doprowadziło to do przejścia z drutów aluminiowych na miedziane w domowych sieciach elektrycznych.Rezystywność miedzi (Ohm na 1 metr długości) jest mniejsza niż rezystancji aluminium. W związku z tym druty miedziane mniej nagrzewają się, wytrzymują duże prądy, co oznacza, że ​​można użyć drutu o mniejszym przekroju.

Kolejny przykład - spirale urządzeń grzewczych i rezystorów mają dużą rezystywność, ponieważ są wykonane z różnych metali o wysokiej oporności, takich jak nichrom, kantal itp. Gdy nośniki ładunku poruszają się przez przewodnik, zderzają się z cząsteczkami w sieci krystalicznej, w wyniku czego energia jest uwalniana w postaci ciepła, a przewodnik jest podgrzewany. Im więcej prądu - im więcej kolizji - tym więcej nagrzewania.

Aby zmniejszyć nagrzewanie, przewodnik należy albo skrócić, albo zwiększyć jego grubość (pole przekroju). Informacje te można zapisać jako wzór:

R_drut= ρ (L / S)

Gdzie ρ jest rezystywnością w Ohm * mm²/ m, L - długość wm, S - pole przekroju.

Prawo Ohma dla obwodu równoległego i szeregowego

W zależności od rodzaju połączenia obserwuje się inny wzór przepływu prądu i rozkładu napięcia. Dla odcinka szeregowego połączenia obwodu elementów napięcie, prąd i rezystancja są określone wzorem

I = I1 = I2

U = U1 + U2

R = R1 + R2

Oznacza to, że ten sam prąd płynie w obwodzie z dowolnej liczby elementów połączonych szeregowo. W tym przypadku napięcie przyłożone do wszystkich elementów (suma spadków napięcia) jest równe napięciu wyjściowemu źródła zasilania. Każdy element jest nakładany osobno z własną wartością napięcia i zależy od natężenia prądu i rezystancji właściwej:

U_mi= I * R_element

Rezystancję obwodu dla połączonych równolegle elementów oblicza się ze wzoru:

I = I1 + I2

U = U1 = U2

1 / R = 1 / R1 + 1 / R2

W przypadku mieszanego związku łańcuch musi zostać doprowadzony do równoważnej postaci. Na przykład, jeśli jeden rezystor jest podłączony do dwóch równolegle połączonych rezystorów, należy najpierw obliczyć rezystancję tych równolegle połączonych. Otrzymasz całkowitą rezystancję dwóch oporników i po prostu musisz dodać ją do trzeciego, który jest z nimi połączony szeregowo.

Prawo Ohma dla całego łańcucha

Kompletny obwód wymaga źródła zasilania. Idealnym źródłem zasilania jest urządzenie, które ma jedną cechę:

• napięcie, jeżeli jest to źródło pola elektromagnetycznego;
• aktualna siła, jeśli jest to źródło prądu;

Takie źródło zasilania jest w stanie dostarczyć dowolną moc o stałych parametrach wyjściowych. W prawdziwym zasilaczu istnieją również parametry, takie jak moc i rezystancja wewnętrzna. W rzeczywistości rezystancja wewnętrzna jest fikcyjnym rezystorem zainstalowanym szeregowo ze źródłem emf.

Wzór prawa Ohma dla całego obwodu wygląda podobnie, ale dodaje się wewnętrzny opór IP. Aby uzyskać kompletny obwód, napisz:

I = ε / (R + r)

Gdzie ε to EMF w woltach, R to rezystancja obciążenia, r to wewnętrzna rezystancja źródła zasilania.

W praktyce rezystancja wewnętrzna stanowi ułamek Ohma, a dla źródeł galwanicznych znacznie wzrasta. Zauważyłeś to, gdy dwie baterie (nowa i zużyta) mają to samo napięcie, ale jedna z nich wytwarza wymagany prąd i działa poprawnie, a druga nie działa, ponieważ ugina się przy najmniejszym obciążeniu.

Prawo Ohma w formie różniczkowej i integralnej

W przypadku jednorodnej części obwodu obowiązują powyższe wzory, w przypadku niejednorodnego przewodnika konieczne jest rozbicie go na możliwie krótkie odcinki, aby zminimalizować zmiany jego wymiarów w tym segmencie. Nazywa się to prawem Ohma w formie różnicowej.

Innymi słowy: gęstość prądu jest wprost proporcjonalna do siły i przewodności dla nieskończenie małej części przewodnika.

W formie integralnej:

Prawo Ohma dla AC

Przy obliczaniu obwodów prądu przemiennego zamiast pojęcia rezystancji wprowadza się pojęcie „impedancji”. Impedancja oznaczona jest literą Z, obejmuje ona rezystancję obciążenia R_za i reaktancja X (lub R_r)Wynika to z kształtu prądu sinusoidalnego (i prądów wszelkich innych form) oraz parametrów elementów indukcyjnych, a także praw przełączania:

1. Prąd w obwodzie z indukcyjnością nie może zmienić się natychmiast.
2. Napięcie w obwodzie o pojemności nie może zmienić się natychmiast.

Tak więc prąd zaczyna się opóźniać lub wyprzedzać napięcie, a całkowita moc jest dzielona na czynną i bierną.

U = I * Z

X_L. i X_do Są reaktywnymi składnikami obciążenia.

W związku z tym wprowadza się wartość cos Φ:

Tutaj Q jest mocą bierną z powodu prądu przemiennego i elementów indukcyjno-pojemnościowych, P jest mocą czynną (przypisaną do składników aktywnych), S jest mocą pozorną, cos Φ jest współczynnikiem mocy.

Być może zauważyłeś, że formuła i jej reprezentacja przecinają się z twierdzeniem Pitagorasa. Rzeczywiście tak jest, a kąt Ф zależy od tego, jak duży jest składnik reaktywny obciążenia - im większy, tym większy. W praktyce prowadzi to do tego, że prąd faktycznie przepływający w sieci jest większy niż prąd brany pod uwagę przez licznik gospodarstwa domowego, podczas gdy przedsiębiorstwa płacą za pełną moc.

W tym przypadku rezystancja jest prezentowana w złożonej formie:

Tutaj j jest jednostką urojoną, która jest typowa dla złożonej formy równań. Rzadziej określane jako i, ale w elektrotechnice wskazana jest również efektywna wartość prądu przemiennego, dlatego aby się nie pomylić, lepiej jest użyć j.

Urojoną jednostką jest √-1. Logiczne jest, że przy kwadratowaniu nie ma takiej liczby, co może skutkować ujemnym wynikiem „-1”.

Jak pamiętać prawo Ohma

Aby zapamiętać Prawo Ohma, możesz zapamiętać sformułowanie w prostych słowach, takich jak:

Im wyższe napięcie, tym większy prąd, tym większa rezystancja, tym niższy prąd.

Lub użyj mnemonicznych zdjęć i reguł. Pierwszy to przedstawienie prawa Ohma w formie piramidy - krótko i wyraźnie.

Reguła mnemoniczna to uproszczony pogląd na pojęcie w celu jego prostego i łatwego zrozumienia i przestudiowania. Może być ustny lub graficzny. Aby poprawnie znaleźć odpowiednią formułę, zamknij palcem żądaną wartość i uzyskaj odpowiedź w postaci pracy lub ilorazu. Oto jak to działa:

Drugi to karykaturalny spektakl. Tutaj pokazano: im więcej prób Ohm, tym trudniejszy Ampere przechodzi, a im więcej Voltów - tym łatwiej Ampere przechodzi.

Na koniec zalecamy obejrzenie przydatnego filmu, w którym wyjaśniono Prawo Ohma i jego zastosowanie w prostych słowach:

Prawo Ohma jest jednym z fundamentów elektrotechniki, bez jego wiedzy większość obliczeń jest niemożliwa. A w codziennej pracy często trzeba tłumaczyć amperów do kilowatów lub przez opór w celu ustalenia prądu. Absolutnie nie jest konieczne zrozumienie jego wniosku i pochodzenia wszystkich ilości - ale ostateczne formuły są wymagane do opracowania. Podsumowując, chcę zauważyć, że wśród elektryków jest stare komiczne przysłowie:„Nie wiem, Om - usiądź w domu”.A jeśli w każdym dowcipie jest część prawdy, to tutaj ta część prawdy wynosi 100%. Naucz się podstaw teoretycznych, jeśli chcesz zostać profesjonalistą w praktyce, a inne artykuły z naszej strony pomogą ci w tym.