Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!

Pre elektrikárov a elektroniku je jedným zo základných zákonov Ohmov zákon. Práca stanovuje pre špecialistu každý deň nové úlohy a často je potrebné zvoliť náhradu za spálený odpor alebo skupinu prvkov. Elektrikár musí často meniť káble, aby si mohol vybrať ten správny, ktorý potrebuje „zistiť“ prúd v záťaži, takže človek musí použiť najjednoduchšie fyzikálne zákony a vzťahy v každodennom živote. Hodnota Ohmovho zákona v elektrotechnike je kolosálna, mimochodom väčšina diplomových prác v odbore elektrotechniky je vypočítaná 70 - 90% pomocou jediného vzorca.

Historické pozadie

Rok objavu zákona Ohma - 1826 nemeckého vedca Georg Om. Empiricky určil a opísal zákon o pomere prúdu, napätia a typu vodiča. Neskôr sa ukázalo, že tretia zložka nie je nič iné ako odpor. Následne bol tento zákon pomenovaný na počesť objaviteľa, ale vec sa neobmedzovala na zákon, jeho meno sa nazývalo fyzické množstvo, ako pocta jeho diel.

Veľkosť, v ktorej sa meria odpor, je pomenovaná po Georgeovi Ohmovi. Napríklad rezistory majú dve hlavné charakteristiky: výkon vo wattoch a odpor - mernú jednotku v Ohm, kilohms, megohms atď.

Ohmov zákon pre reťazovú sekciu

Na opísanie elektrického obvodu, ktorý neobsahuje emf, môžete použiť Ohmov zákon pre obvodovú časť. Toto je najjednoduchšia forma nahrávania. Vyzerá to takto:

I = U / R

Kde I je prúd, merané v ampéroch, U je napätie vo voltoch, R je odpor v ohmoch.

Tento vzorec nám hovorí, že prúd je priamo úmerný napätiu a nepriamo úmerný odporu - to je presná formulácia Ohmovho zákona. Fyzikálnym významom tohto vzorca je opísať závislosť prúdu cez časť obvodu s jeho známym odporom a napätím.

Varovanie! Tento vzorec platí pre jednosmerný prúd, pre striedavý prúd má nepatrné rozdiely, k tomu sa vrátime neskôr.

Okrem pomeru elektrických veličín, táto forma nám hovorí, že graf prúdu oproti napätiu v odporu je lineárny a rovnica funkcie je splnená:

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

Ohmov zákon pre obvodovú časť sa používa na výpočet odporu odporu v obvodovej časti alebo na určenie prúdu cez neho pri známom napätí a odporu. Napríklad máme odpor R s odporom 6 ohmov, na jeho svorky je aplikované napätie 12 V. Je potrebné vedieť, aký prúd prúdi cez neho. počítajme:

I = 12 V / 6 Ohm = 2 A

Ideálny vodič nemá odpor, avšak vzhľadom na štruktúru molekúl látky, z ktorej sa skladá, má akékoľvek vodivé teleso odpor. To bol napríklad dôvod prechodu z hliníkových drôtov na meď v domácich elektrických sieťach. Rezistivita medi (ohmy na meter dĺžky) je menšia ako hliník. Preto medené drôty ohrievajú menej, odolávajú vysokým prúdom, takže môžete použiť menší prierez vodiča.

Ďalším príkladom je, že špirály vykurovacích zariadení a rezistorov majú vysoký špecifický odpor, pretože vyrobené z rôznych vysoko odolných kovov, ako je napríklad nichrom, cantal atď. Keď sa nosiče náboja pohybujú cez vodič, kolidujú s časticami v kryštálovej mriežke, v dôsledku čoho sa energia uvoľňuje vo forme tepla a vodič sa zahrieva. Čím viac prúdu - tým viac kolízií - tým viac tepla.

Na zníženie tepelného vodiča musíte skrátiť alebo zväčšiť jeho hrúbku (prierez). Tieto informácie môžu byť zapísané ako vzorec:

R vodič = ρ (L / S)

Kde ρ je odpor v Ohm * mm 2 / m, L je dĺžka vm, S je plocha prierezu.

Ohmov zákon pre paralelný a sériový obvod

V závislosti od typu pripojenia existuje rozdielny priebeh prúdového a napäťového rozvodu. Pre reťazovú časť sériového spojenia prvkov napätie, prúd a odpor sú podľa vzorca:

I = I1 = I2

U = U1 + U2

R = R1 + R2

To znamená, že rovnaký prúd prúdi v okruhu z ľubovoľného počtu sériovo zapojených prvkov. V tomto prípade je napätie aplikované na všetky prvky (súčet úbytkov napätia) rovnaké ako výstupné napätie zdroja energie. Každý prvok je samostatne aplikovaný na vlastnú hodnotu napätia a závisí od intenzity prúdu a odporu špecifických:

U el = prvok I * R

Odpor reťazového úseku pre paralelne zapojené prvky sa vypočíta podľa vzorca:

I = I1 + I2

U = U1 = U2

1 / R = 1 / R1 + 1 / R2

Pre zmiešanú zlúčeninu musíte reťazec priviesť na ekvivalentnú formu. Napríklad, ak je jeden rezistor pripojený k dvom paralelne zapojeným odporom, potom najprv spočítajte odpor paralelne zapojených odporov. Získate celkový odpor dvoch odporov a musíte ho pridať do tretej, ktorá je s nimi spojená v sérii.

Ohmov zákon pre celý reťazec

Celý obvod vyžaduje zdroj energie. Ideálny zdroj energie je zariadenie, ktoré má jednu charakteristiku:

  • napätie, ak je zdrojom emf;
  • prúdová sila, ak je zdrojom prúdu;

Takýto zdroj energie je schopný dodávať akýkoľvek výkon s konštantnými výstupnými parametrami. V reálnom napájacom zdroji sú tiež parametre ako výkon a vnútorný odpor. Vnútorný odpor je v skutočnosti imaginárny odpor inštalovaný v sérii so zdrojom EMF.

Vzorec Ohmovho zákona pre úplný obvod vyzerá podobne, ale k PI sa pridáva vnútorný odpor. Pre celý okruh je napísaný vzorec:

I = ε / (R + r)

Kde ε je EMF vo voltoch, R je odpor zaťaženia, r je vnútorný odpor napájacieho zdroja.

V praxi je vnútorný odpor Ohmovými frakciami a pre galvanické zdroje sa výrazne zvyšuje. Toto ste pozorovali, keď sa rovnaké napätie aplikuje na dve batérie (nové a nízke), ale jeden dáva potrebný prúd a funguje správne a druhý nefunguje, pretože poklesne pri najmenšom zaťažení.

Ohmov zákon v diferenciálnej a integrálnej forme

Pre homogénnu časť obvodu sú vyššie uvedené vzorce platné, pre nehomogénny vodič je potrebné ho rozdeliť do najkratších možných segmentov tak, aby sa zmenili jeho rozmery v tomto segmente. Toto sa nazýva Ohmov zákon v diferenciálnej forme.

Inými slovami: prúdová hustota je priamo úmerná intenzite a špecifickej vodivosti pre nekonečne malú časť vodiča.

V integrálnej forme:

Ohmov zákon pre striedavý prúd

Pri výpočte AC obvodov sa namiesto koncepcie odporu zavádza pojem impedancia. Impedancia je označená písmenom Z, zahŕňa aktívny odpor zaťaženia Ra a reaktanciu X (alebo Rr). Je to spôsobené tvarom sínusového prúdu (a prúdmi iných foriem) a parametrami indukčných prvkov, ako aj zákonmi spínania:

  1. Prúd v obvode s indukciou sa nemôže okamžite zmeniť.
  2. Napätie v obvode s kapacitou sa nemôže okamžite zmeniť.

Prúd teda začína oneskorovať alebo predvídať napätie a celkový výkon je rozdelený na aktívny a reaktívny.

U = I * Z

X L a X C sú reaktívne zložky zaťaženia.

V súvislosti s tým sa zavedie hodnota cosF:

Tu - Q - jalový výkon v dôsledku striedavého prúdu a indukčne kapacitných komponentov, P - činný výkon (priradený k aktívnym komponentom), S - celkový výkon, cosF - účinník.

Možno ste si všimli, že vzorec a jeho reprezentácia sa prelínajú s Pytagorovým teorémom. Toto je skutočne prípad a uhol F závisí od toho, aká veľká je reaktívna zložka záťaže - čím je väčšia, tým väčšia je. V praxi to vedie k tomu, že skutočný prúd prúdiaci v sieti je väčší ako ten, ktorý zohľadňuje merač domácností, zatiaľ čo podniky platia za plný výkon.

Odpor je prezentovaný v komplexnej forme:

Tu je imaginárna jednotka, ktorá je typická pre zložitý typ rovníc. To je menej často označované ako i, ale v elektrotechnike súčasná hodnota striedavého prúdu je tiež označená, preto, aby nedošlo k zámene, je lepšie použiť j.

Imaginárna jednotka je √-1. Je logické, že pri kvadratúre neexistuje také číslo, ktoré by mohlo mať negatívny výsledok "-1".

Ako si zapamätať Ohmov zákon

Ak si chcete zapamätať Ohmov zákon - môžete si zapamätať znenie jednoduchými slovami ako:

Čím vyššie napätie - tým väčší je prúd, tým väčší je odpor - tým nižší je prúd.

Alebo použite mnemotechnické obrázky a pravidlá. Prvým je predstavenie Ohmovho zákona vo forme pyramídy - stručne a jasne.

Pravidlo mnemotechnického pomeru je zjednodušenou formou konceptu pre jednoduché a ľahké pochopenie a štúdium. Môže to byť buď slovná alebo grafická. Ak chcete správne nájsť požadovaný vzorec, zatvorte požadovanú hodnotu prstom a získajte odpoveď vo forme produktu alebo súkromného formulára. Funguje to takto:

Druhou je karikatúra. Tu je zobrazené: čím viac Om sa pokúša, tým ťažšie Amper prechádza a tým viac Voltov - tým ľahšie prechádza Amper.

Nakoniec odporúčame sledovať užitočné video, ktoré vysvetľuje Ohmov zákon a jeho použitie jednoduchými slovami:

Ohmov zákon - jeden zo základných v elektrotechnike, bez jeho vedomia je väčšina výpočtov nemožná. V každodennej práci je často potrebné konvertovať zosilňovače na kilowatty alebo určiť prúd odporom. Nie je vôbec potrebné pochopiť jeho záver a pôvod všetkých množstiev - ale konečné vzorce sú povinné pre zvládnutie. Na záver by som rád poznamenal, že od elektrikárov existuje staré komické príslovie: " Ak neviete, Ohm, zostaňte doma." A ak je v každom vtipe zrnko pravdy, potom je toto zrno pravdy 100%. Študujte teoretické základy, ak sa chcete stať profesionálom v praxi, a ďalšie články z našich stránok vám s tým pomôžu.

Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!

Kategórie:

Vedomostná základňa