Ohmov zakon za celotno verigo: zgodovina in formule.

Kakšen je Ohmov zakon za celotno verigo? To je torej formula, v kateri je jasno vidna povezava glavnih parametrov električnega tokokroga: tok, napetost in upor. Da bi razumeli bistvo zakona, se najprej posvetimo nekaterim konceptom.

Kaj se imenuje električni tokokrog?

Električni tokokrog je pot v električnem tokokrogu, ki teče električni elementi, žice in druge naprave). Seveda se njen začetek šteje za vir energije. Pod vplivom elektromagnetnega polja, fotonskih pojavov ali kemičnih procesov se električni nabori nagibajo k prehodu na nasprotni terminal tega vira energije.

Kaj je električni tok?

Kličemo usmerjeno gibanje nabitih delcev, ko so izpostavljeni električnemu polju ali drugim zunanjim silam električni tok. Njena smer je določena z usmerjenostjo protonov (pozitivnih nabojev). Tok bo stalen, če se sčasoma ne spremeni niti njegova moč ali smer.

Ohmova zgodovina prava

Fizika George Ohm je pri izvajanju poskusov z dirigentom uspel ugotoviti, da je tok sorazmeren z napetostjo, ki se uporablja na njenih koncih:

I / sim U ali I = G / U,

kjer je G električna prevodnost, vrednost R = 1 / G pa je električni upor prevodnika. To odkritje je ustanovil slavni nemški fizik leta 1827.

Ohmovi zakoni

Za celotno vezje bo definicija naslednja: tok v električnem tokokrogu je enak razmerju elektromotorne sile (v nadaljevanju EMF) vira do vsote uporov:

I = E / (R + r)

kjer je R upor zunanjega vezja, r pa notranji upor trenutni vir. Pogosto formulacija zakona povzroča težave, saj vsi ne poznajo koncepta EMF, njegove razlike od napetosti, ne vedo vsi, kaj to pomeni in od kod prihaja notranji upor. Za to in potrebujemo pojasnilo, ker ima Ohmov zakon za celotno verigo globok pomen.

Besedilo zakona za verigo lahko imenujemo pregledno. Bistvo je, da za njegovo razumevanje niso potrebna dodatna pojasnila: tok v tokokrogu je neposredno sorazmeren z napetostjo in obratno sorazmerna z uporom:

I = U / R.

Pomen

Ohmov zakon za celotno vezje je močno povezan z zakonom ohranjanja energije. Predpostavimo, da trenutni vir nima notranjega upora. Kaj bi se torej moralo zgoditi? Izkazalo se je, da če ne bi bilo upora, potem bi se večji tok oddajal zunanjemu vezju in moč bi bila večja.

Zdaj je čas, da se lotimo koncepta elektromotorne sile. Ta vrednost predstavlja razliko med električnimi potenciali na izhodnih terminalih, vendar le brez obremenitve. Vzemimo na primer tlak vode v dvignjenem rezervoarju. Raven vode bo vzpostavljena, dokler se ne porabi. Ko odprete ventil, se nivo tekočine zniža, ker ni zamenjave. Vstop v cev, voda doživlja upor, enako se dogaja z električnimi naboji v žici.

V odsotnosti bremen, so terminali v odprtem stanju, se izkaže, da se EMF in napetost po velikosti ujemata. Če na primer vklopimo žarnico, se tokokrog zapre in elektromotorna sila bo v njej ustvarila napetost, ki bo delala koristno. Nekaj ​​energije zaradi notranjega upora se bo razpršilo (to se imenuje izguba).

Če je upor potrošnika manjši od notranjega, se v trenutnem viru dodeli velika moč. In potem pride do padca EMF v zunanjem vezju in na notranjem uporu se izgubi pomemben del energije. Bistvo zakonov ohranjanja je, da narava ne more vzeti več kot dati.

Bistvo notranjega upora do prebivalcev »Hruščova«, ki imajo v stanovanjih klimatizacijo in stara napeljava ni bila zamenjana, je dobro znano. Električni števec se vrti z vrtoglavo hitrostjo, vtičnica in stena se ogrevata na mestih, kjer potekajo stare aluminijaste žice, zaradi česar klimatska naprava komajda ohlaja zrak v prostoru.

Narava r

"Polni Ohm" (kot se uporablja za imenovanje električarjev) je slabo razumljen, saj notranji upor vira praviloma ni električen. Spregovorimo o tem na primeru solne baterije. Znano je, da je električna baterija sestavljena iz več elementov, vendar bomo upoštevali samo enega. Torej imamo že pripravljeno baterijo "Krone", sestavljeno iz 7 zaporedno povezanih elementov.

Kako poteka sedanja generacija? V posodi z elektrolitom postavimo ogljikovo palico v mangansko lupino, ki je sestavljena iz pozitivnih elektrod ali anod. Natančneje, v tem primeru ogljikova palica deluje kot kolektor toka. Kovinske kovine tvorijo negativne elektrode (katode). Pri nakupu baterij, praviloma, gel elektrolit. Tekočina se uporablja zelo redko. Kot negativna elektroda deluje cinkova skodelica z elektrolitom in anodami.

Izkazalo se je, da je skrivnost baterije v tem, da manganski električni potencial ni tako visok kot cink. Zato elektrone pritegnejo katoda in jo nato potisnejo pozitivno nabite cinkove ione v anodo. Posledično se katoda postopoma porabi. Morda vsi vedo, da če se mrtva baterija ne zamenja pravočasno, potem lahko pušča. Kaj je razlog? Vse je zelo preprosto: elektrolit bo začel teči skozi odklopljeno skodelico.

Ko se naboji premaknejo na ogljikovo palico, se v manganski lupini kopičijo pozitivni naboji, medtem ko se negativni naboji nabirajo na cinku. Zato se imenujejo anoda in katoda, vendar v notranjosti baterij izgledajo drugače. Razlika med obremenitvami in ustvarjanje elektromotorne sile vir energije. V elektrolitu se preneha gibati, ko je razlika v potencialu elektrodnega materiala enaka vrednosti EMF, in sile privlačnosti so enake odbojnim silam.

Zdaj pa zaprite vezje: dovolj je, da priključite žarnico na baterijo. Skozi umetni svetlobni vir se bodo vsi stroški vrnili na svoje mesto (»dom«), in žarnica bo zasvetila. V notranjosti baterije se bo gibanje elektronov in ionov začelo znova, ko so se naboji umaknili ven, in ponovno se je pojavila privlačna ali odbojna sila.

Dejstvo je, da baterija proizvaja tok, zato žarnica zasije, to je posledica porabe cinka, ki se v tem procesu pretvori v druge kemične spojine. Za pridobivanje čistega cinka, v skladu s ohranjanje energije morate ga porabiti, vendar ne v električni obliki (točno toliko, kot je bila dana žarnica).

Zdaj se končno lahko ukvarjamo z naravo notranjega upora vira. Pri bateriji je to ovira za premikanje velikih ionov. Gibanje elektronov brez ionov je nemogoče, ker ni privlačne sile.

Pri industrijskih generatorjih se r ne pojavi le zaradi električne upornosti navitij, ampak tudi zaradi zunanjih vzrokov. Tako je, na primer, v hidroelektrarnah velikost magnitude odvisna od učinkovitosti turbine, odpornosti pretoka vode v vodu, pa tudi od izgub pri mehanskem prenosu. Poleg tega nekateri vplivajo na temperaturo vode in na njeno sipanje.

Izmenični tok

Za celotno vezje za enosmerni tok smo že upoštevali Ohmov zakon. Kako se formula spreminja z izmeničnim tokom? Preden to vemo, opišite koncept. Izmenični tok je gibanje električno nabitih delcev, katerih smer in vrednost se sčasoma spreminjata. V nasprotju s konstanto pa spremljajo dodatni dejavniki, ki ustvarjajo novo vrsto odpornosti (reaktivno). To je značilno za kondenzatorje in induktorje.

Ohmov zakon za celotno vezje AC ima obliko:

I = U / Z

kjer je Z impedanca, sestavljena iz aktivnega in reaktivnega.

Ni tako slabo

Ohmov zakon za popolno vezje, poleg navedbe izgube energije, predlaga tudi načine za njihovo odpravo. Običajni električarji redko uporabljajo formulo za iskanje kompleksnega upora v prisotnosti kapacitivnosti ali induktivnosti v vezju. V večini primerov se tok meri s pršicami ali s posebnim testerjem. In ko je znana napetost, lahko enostavno izračunamo kompleksni upor (če je to res potrebno).