Vzťah medzi silou prúdu v časti obvodu a napätím na koncoch tejto časti stanovil aj G. Ohm a je tzv. Ohmov zákon pre časť obvodu. Intenzita prúdu v časti obvoduúmerné napätiu na koncoch sekcie:
ja= s U.
Fyzikálna veličina, prevrátená s,
Ukazuje, ako dobre oblasť odoláva toku prúdu a ukáže sa, že je rovnaká Elektrický odpor časti obvodu, zavedený pri popise uzavretého okruhu.
Ohmov zákon sa najčastejšie píše vo forme
ja = U/R.
Jednotka elektrický odpor v SI je ohm (Ohm).
Pre smer prúdu v teórii elektrické obvody smer pohybu kladne nabitých častíc je akceptovaný, preto v kovových vodičoch je smer prúdu opačný ako pohyb vodivých elektrónov, ktoré sa skutočne pohybujú kovom.
Sériové a paralelné pripojenie prvkov elektrického obvodu
Preteká elektrický prúd skutočné systémy prostredníctvom prvkov pospájaných rôznymi spôsobmi.
Obrázok 7 zobrazuje obvod pozostávajúci zo zdroja prúdu, ampérmetra A, rezistor R a kľúč TO, dokončenie okruhu.
Tento spôsob spájania prvkov elektrického obvodu (výstup predchádzajúceho prvku je spojený so vstupom nasledujúceho) sa nazýva Konzistentné. V ňom náboj, ktorý preteká jedným prvkom obvodu, preteká aj iným prvkom, preto je sila prúdu v každom sériovo zapojenom prvku obvodu rovnaká:
ja = IR = IK = I.A. = Iε.
Sila prúdu sa meria ampérmetrom, ktorý je vždy zapojený sériovo do obvodu.
Iný spôsob pripojenia prvkov elektrického obvodu je paralelný, v ktorom sú všetky vstupné konce alebo svorky prvkov spojené v bode. A, a víkend je na mieste IN(obr. 8).
Pri približovaní sa k časti obvodu s takýmto spojením prvkov sa po nich šíria náboje; aktuálna hodnota pred rozvetvením sa rovná súčtu aktuálnych hodnôt v prvkoch:
ja = ja 1 + ja 2 +…+ IN.
Ak voltmetrom preteká malý prúd, odbočujúci z hlavného obvodu (má veľký vnútorný odpor), potom voltmeter skresľuje činnosť obvodu veľmi málo. Hodnoty voltmetra sú v tomto prípade nasledovné: UV = IV RV.
Ideálny voltmeter je ten s nekonečne vysokým odporom, zatiaľ čo ideálny ampérmeter je ten s nulovým vnútorným odporom.
Charakteristickým znakom paralelného spojenia prvkov je rovnosť napätia medzi nimi, pretože pre všetky prvky
U= j A– j B.
Ak časť obvodu obsahuje niekoľko odporov zapojených do série, potom je prúd cez všetky odpory rovnaký, napätie na každom z nich je rovnaké IR 1, IR 2 atď., napätie na koncoch sekcie
U = IR 1 + IR 2 + …,
Preto súčasná sila ja externá k danej časti obvodu sa nezmení, ak sa táto časť nahradí jedným odporom
R Celkom = R 1 + R 2 + … + Rn.
Ak je časť obvodu s napätím U obsahuje niekoľko rezistorov zapojených paralelne na koncoch, potom je sila prúdu v každom rezistore taká, že
ja 1R 1 = ja 2R 2 = … = U,
ja = ja 1 + ja 2 + …
Ak je teda táto sekcia nahradená jedným odporom s odporom
,
Potom sa prúd v obvode mimo tejto sekcie nezmení.
Výpočet prúdov a napätí na rôznych oblastiach reťaze
V elektrických obvodoch s ľubovoľným zapojením prvkov (obr. 9) je potrebné:
1. Vyberte oblasti, v ktorých sú prvky zapojené do série alebo paralelne.
2. Vymeňte odpory v týchto oblastiach za jeden odpor, celkový odpor R Celkový súčet nezmení silu prúdu vo zvyšných častiach okruhu.
3. Zopakujte tieto kroky znova, ak má novovytvorená reťaz úseky s konzistentnými resp paralelné pripojenie prvkov. Výsledkom je, že obvod by mal byť ekvivalentný obvodu s jedným odporom pripojeným k zdroju prúdu.
Ak obvod nemá sekcie zapojené explicitne sériovo alebo explicitne paralelne, potom je užitočné vziať do úvahy nasledujúce všeobecné zásady:
1. Súčet prúdov vstupujúcich do uzla okruhu (pozdĺž jeho rôznych vetiev) sa rovná súčtu prúdov opúšťajúcich uzol.
2. Ak sa niektorý z prvkov vytvorí uzavretá slučka, ktorý neobsahuje prúdové zdroje a je určený smer elektrického prúdu v jeho úsekoch, potom pri obchádzaní obvodu súčet súčinov prúdov a odporov jednotlivých úsekov (s prihliadnutím na smer prúdu) sa rovná nule. Napríklad pre stránku A B C D(Obr. 10)
0 = (j A– j B) + (j B– j C) + (j C– j D) + (j D– j A) = ja 1R 1 – ja 2R 2 + ja 3R 3 + ja 4R 4.
3. Ak je úsek obvodu so známym smerom elektrického prúdu ja obsahuje zdroj prúdu, potom je lepšie rozdeliť túto časť na dve časti: jedna by mala byť so zdrojom prúdu bez vnútorného odporu a druhá by mala byť s odporom R, ktorý sa rovná vnútornému odporu zdroja prúdu. Potom sa potenciálny rozdiel na prvom z nich rovná veľkosti EMF zdroja prúdu a na druhom sa potenciálny rozdiel rovná Ir(možno použiť bod 2). Znamienko rozdielu potenciálov sa volí na základe skutočnosti, že potenciál kladnej svorky zdroja prúdu je vyšší a potenciál na rezistore je vyšší tam, kde prúdi elektrický prúd. Napríklad v časti reťaze v hornej časti obrázku 11
J1 – j3 = (j1 – j2) + (j2 – j3) = Ir – ,
A na časti reťaze v spodnej časti obrázku 11
J1 – j3 = (j1 – j2) + (j2 – j3) = – Ir – .
Teda napätie namerané ideálnym voltmetrom na svorkách zdroja prúdu je U= ak je vnútorný odpor zdroja prúdu nulový (obr. 12, A). Pri normálnom používaní, keď elektrický prúd preteká z (+) svorky do (–) svorky Vonkajším okruhom, Napätie U = – Ir(obr. 12, B). Ak je zdrojom prúdu batéria nabitá z iného zdroja prúdu (obr. 12, IN), aby elektrický prúd tiekol z (+) svorky do (–) svorky Vo vnútri samotného zdroja prúdu, To U = + Ir.
Keď sa napätie na svorkách zdroja prúdu udržiava konštantné, nazýva sa zdroj prúdu Zdroj napätia.
4. Ak nie sú známe smery elektrických prúdov v obvode, mali by byť zvolené ľubovoľne.
Správne využitie vlastností elektrických obvodov povedie k sústave rovníc, ktorých riešením určíme veľkosť a smer elektrického prúdu. Ak sa teda sila prúdu ukáže ako záporná, v tejto časti obvodu prúdi elektrický prúd v opačnom smere, ako bol pôvodne zvolený.
Ide o objem vody za určité časové obdobie.
Teraz uvažujme o takomto prípade. Namiesto veže budeme mať nádobu s vodou, v ktorej sú vyrazené tri rovnaké otvory v rôznych výškach nádoby. Keďže je naša nádoba naplnená vodou, na dne nádoby bude tlak väčší ako na jej povrchu. Alebo, analogicky s elektrinou, napätie na dne bude väčšie ako na jeho povrchu.
Ako vidíte, spodný prúd, ktorý je bližšie ku dnu, vystreľuje ďalej ako stredný prúd. A stredný prúd strieľa ďalej ako horný. Upozorňujeme, že otvory majú všade rovnaký priemer. To znamená, že môžeme povedať, že odolnosť každého otvoru voči vode je rovnaká. Za rovnaký čas je objem vody vytekajúcej z najnižšieho otvoru oveľa väčší ako objem vody vytekajúcej zo stredného a najvyššieho otvoru. Aký objem vody máme za určité obdobie? Áno, toto je súčasná sila!
Takže, aký vzor tu vidíme? Vzhľadom na to, že odpor je všade rovnaký, ukazuje sa, že So zvyšujúcim sa napätím sa zvyšuje aj prúd!
Myslím, že každý z vás má záhradný pozemok, kde pestujete zemiaky, uhorky a paradajky. Vždy je niekde blízko vás vodná veža
Na čo slúži vodárenská veža? No, kontrolovať úroveň spotreby vody, ako aj vytvárať tlak v potrubiach, cez ktoré voda prichádza na váš záhradný pozemok. Všimli ste si niekedy, že niekde na kopci je postavená veža? Prečo sa to robí? Na vytvorenie tlaku. Povedzme, že váš záhradný pozemok je vyšší ako vrchol vodnej veže. Áno, voda sa k vám jednoducho nedostane! Fyzika... zákon komunikujúcich nádob.
Dobre, zdá sa, že sme sa rozptýlili.
Každý v kuchyni a kúpeľni má batériu, cez ktorú preteká voda. Rozhodnete sa umyť si ruky. Za týmto účelom zapnete vodu na plnú rýchlosť a z kohútika začne prúdiť rýchlym prúdom:
Ale nie ste spokojní s týmto prietokom vody, takže otočením rukoväte kohútika znížite prietok:
Čo sa práve stalo?
Zmenou prietokového odporu pomocou rukoväte batérie ste zabezpečili, že prúd vody začal tiecť veľmi slabo.
Nakreslite analógiu k tejto situácii s elektrickým prúdom. Čo teda máme? Prietokové napätie sme nemenili. Niekde v diaľke je vodárenská veža a vytvára tlak v potrubí. Nemáme právo sa vodnej veže dotýkať, tým menej ju zbúrať). Preto je naše napätie konštantné a nemení sa. Odskrutkovaním rukoväte kohútika sme práve zmenili odpor potrubia, z ktorého je kohútik vyrobený ;-). Zvýšili sme odpor. Čo sme urobili s prúdom vody? Začala bežať pomalšie a bolo jej menej! To znamená, že môžeme povedať, že počet molekúl vody za určitý čas pri plne otvorenom a polozatvorenom kohútiku sa ukázal byť iný ;-). Nuž, pripomeňme si, čo je súčasná sila ;-) Pre tých, ktorí zabudli, pripomeniem - je to počet elektrónov, ktoré pretečú prierezom vodiča za určité časové obdobie. A čo sa nám stalo s touto aktuálnou silou? Zmenšila sa!
Dospeli sme k záveru:
Keď sa odpor zvyšuje, prúd klesá.
Takže. Máme nasledujúcu schému zásobovania vodou:
Teraz si predstavte, že polievate záhradu a vy musíte naplniť vedro vodou z hadice za 10 minút. Ani o sekundu skôr a nie neskôr! Vo vašej záhrade prúdi voda asi takto:
Povedzme, že máme jednoduchú gumenú hadicu pochádzajúcu z vodárenskej veže.Sused omylom zaparkoval auto priamo na hadicu a mierne ju stlačil
Váš prietok vody sa začal znižovať. Ísť sa hádať so susedom? Už odišiel a vy nebudete mať čas naplniť vedro za 10 minút. Zaberie to viac času. Ako byť? Prečo neotvoríme kohútik pred vodárenskou vežou trochu väčší? A to dobrý nápad! Otvárame kohútik na maximum a dbáme na to, aby hladina vody vo veži bola vyššia ako bola predtým (veže majú síce ochranu proti pretečeniu akejkoľvek maximálnej hladiny, ale pre príklad tento bod preskočíme).
Problém však neprichádza sám. Ovládacie relé vodného čerpadla na veži je pokazené! Čerpadlo čerpá vodu a nevypína sa! Veža je preplnená a prietok vody z hadice je každou sekundou väčší a väčší! Čo robiť? Naplníme naše vedro v čase, ktorý nám je určený! Uvoľnite sa. Existuje východ! K tomu spustíme a trochu vypneme kohútik, pričom zabezpečíme, aby prúd vody z hadice tiekol ako predtým ;-).
Teraz urobme analógiu.
Čo teda získame? Sused rozdrvil hadicu, čo znamená zvýšená odolnosť. Preto sa naša súčasná sila znížila. Aby sme obnovili súčasnú silu, zvýšili sme napätie, teda hladinu vody vo veži.
Druhý bod:
Hladina vody (napätie) na vodárenskej veži sa začala zvyšovať vďaka tomu, že čerpadlo sa nevypínalo a neustále čerpalo vodu. Preto sa nám začal zvyšovať aj prietok vody (sila prúdu). Aby sme vyrovnali silu prúdu, my zvýšená odolnosť faucet ;-), čím sa hladina vody vo vodárenskej veži (napätie) vráti do normálu.
No, videli ste vzor? Nemecký fyzik Georg Ohm však spojil tieto tri veličiny a výsledkom bol bolestivo jednoduchý vzorec:
Kde
ja- toto je súčasná sila vyjadrená v ampéroch (A)
U- napätie, vyjadrené vo voltoch (V)
R- odpor vyjadrený v ohmoch (Ohm)
No, je to také jednoduché ako dva a dva, nie? Tento zákon je pomenovaný po svojom objaviteľovi a je tzv Ohmov zákon. Toto je najdôležitejší zákon v elektronike, a preto ho MUSÍTE poznať.
§ 16. ZÁKON OMA
Vzťah medzi e. d, odpor a prúdová sila v uzavretom obvode je vyjadrená Ohmovým zákonom, ktorý možno formulovať takto: Sila prúdu v uzavretom obvode je priamo úmerná elektromotorickej sile a nepriamo úmerná odporu celého obvodu.
Prúd v obvode tečie pod vplyvom napr. d.s; čím viac e. d.s. zdroj energie, tým väčší je prúd v uzavretom okruhu. Odpor obvodu bráni prechodu prúdu, teda než väčší odpor obvod, tým nižší je prúd.
Ohmov zákon možno vyjadriť nasledujúcim vzorcom:
kde r je odpor vonkajšej časti obvodu,
r 0 - odpor vnútornej časti obvodu.
V týchto vzorcoch je sila prúdu vyjadrená v ampéroch, napr. d.s. - vo voltoch, odpor - v ohmoch.
Na vyjadrenie malých prúdov sa namiesto ampéra používa jednotka tisíckrát menšia ako ampér, nazývaná miliampér ( ma); 1 A - 1000 ma.
Odolnosť celého obvodu:
Ak pod vplyvom napr. d.s. v 1 V v uzavretom okruhu tečie prúd 1 A, potom je odpor takéhoto obvodu 1 ohm, t.j. 1 ohm =
Ohmov zákon platí nielen pre celý obvod, ale aj pre akúkoľvek jeho časť.
Ak časť obvodu neobsahuje zdroj energie, potom sa kladné náboje v tejto časti presúvajú z bodov s vyšším potenciálom do bodov s nižším potenciálom. Zdroj energie vynakladá určité množstvo energie na udržiavanie rozdielu potenciálov medzi začiatkom a koncom tohto úseku. Tento potenciálny rozdiel sa nazýva napätie medzi začiatkom a koncom príslušného úseku.
Aplikovaním Ohmovho zákona na časť obvodu teda získame:
Ohmov zákon možno formulovať takto: Intenzita prúdu v časti elektrického obvodu sa rovná napätiu na svorkách tejto časti vydelenému jej odporom.
Napätie na úseku obvodu sa rovná súčinu prúdu a odporu tohto úseku, t.j. U = Ir.
Z vyjadrenia Ohmovho zákona pre uzavretý obvod získame
Kde Ir. - pokles napätia v odpore r vo vonkajšom obvode, alebo inak povedané napätie na svorkách zdroja energie (generátora) U,
Ir 0 - pokles napätia v odpore r 0 t.j. vo vnútri zdroja energie (generátora); definuje časť e. d s, ktorý sa vynakladá na vedenie prúdu cez vnútorný odpor zdroja energie.
Na meranie prúdu v obvode slúži zariadenie tzv ampérmeter(miliampérmeter). Napätie, ako je uvedené vyššie, sa meria voltmetrom. Symbol pre ampérmeter a voltmeter je znázornený na obr. 15, a. Na zapnutie ampérmetra je prúdový obvod prerušený a v bode zlomu sú konce drôtov pripojené k svorkám ampérmetra (obr. 15, b). Celý meraný prúd teda prechádza zariadením; takéto začlenenie sa nazýva konzistentné. Voltmeter je pripojený na začiatok a koniec časti obvodu toto spojenie voltmetra sa nazýva paralelný. Voltmeter ukazuje pokles napätia v danej oblasti. Ak je voltmeter pripojený na začiatok 
vonkajší obvod - na kladný pól zdroja energie a na koniec vonkajšieho okruhu - na záporný pól zdroja energie, potom sa prejaví pokles napätia v celom vonkajšom obvode, ktorý bude zároveň napätie na svorkách zdroja energie.
Napätie na svorkách zdroja energie (generátora) sa rovná rozdielu medzi emf. a pokles napätia na vnútornom odpore tohto zdroja, t.j.
U=E – Ir 0(25)
Ak znížime odpor vonkajšieho obvodu r, potom odpor celého obvodu r + r 0 sa tiež zníži a prúd v obvode sa zvýši. Keď sa prúd zvyšuje, napätie vo vnútri zdroja energie klesá ( Ir 0) sa zvýši, pretože vnútorný odpor r 0 zdroj energie zostáva nezmenený. V dôsledku toho, keď sa odpor vonkajšieho obvodu znižuje, napätie na svorkách zdroja energie tiež klesá. Ak sú svorky zdroja energie spojené s vodičom s odporom takmer rovným nule, potom prúd v obvode I = .
Tento výraz určuje maximálny prúd, ktorý je možné získať v obvode daného zdroja.
Ak je odpor vonkajšieho obvodu prakticky nulový, potom sa tento režim nazýva skrat.
Pre zdroje energie s nízkym vnútorným odporom, napríklad pre elektrické generátory (elektrické stroje) a kyselinové batérie, skrat Je to veľmi nebezpečné – môže to znefunkčniť tieto zdroje.
Skrat sa vyskytuje pomerne často, napríklad v dôsledku poruchy izolácie vodičov spájajúcich prijímač so zdrojom energie. Kovové (zvyčajne medené) lineárne drôty bez izolačného krytu vytvárajú pri vzájomnom kontakte veľmi malý odpor, ktorý sa v porovnaní s odporom prijímača môže rovnať nule.
Na ochranu elektrického zariadenia pred skratovými prúdmi sa používajú rôzne bezpečnostné zariadenia.
Príklad 1 Nabíjateľná batéria s e. d.s. 42 V a vnútorný odpor 0,2 ohm uzavreté na prijímač energie s odporom 4 ohm. Určite prúd v obvode a napätie na svorkách batérie.
Príklad 2. Kyselinová batéria má napr. d.s. 2 V a vnútorný odpor - r 0 =0,05 ohm Keď je k batérii pripojený externý odpor, prúd 4 A. Určite odpor vonkajšieho obvodu.
Príklad 3 Generátor priamy prúd má vnútorný odpor 0,3 ohm. Určite e. d.s. generátor, ak ho pri zapnutí na energetický prijímač s odporom 27,5 ohm napätie je nastavené na svorkách generátora na 110 V.
Prúd tečúci v uzavretom okruhu možno zistiť z nasledujúceho výrazu:
E, d.s. generátor sa rovná:
E=U+Ir=110+4 0,3=111,2 V.
Príklad 4. Batéria kyselinových batérií s napr. d.s. 220 V a vnútorný odpor 0,5 ohm sa ukázalo byť skratované. Určte prúd v obvode.
Keďže pre typ batérie uvedený v príklade je pri bežnom (desaťhodinovom) vybíjaní prúd 3,6 A, potom je prúd 440 A je určite nebezpečné pre integritu batérie.
Georg Simon Ohm začal svoj výskum inšpirovaný slávnou prácou Jeana Baptista Fouriera „Analytická teória tepla“. V tejto práci Fourier reprezentoval tepelný tok medzi dvoma bodmi ako teplotný rozdiel a zmenu tepelný tok spojené s jeho prechodom cez prekážku nepravidelný tvar vyrobené z tepelne izolačného materiálu. Podobne Ohm spôsobil výskyt elektrického prúdu rozdielom potenciálov.
Na základe toho začal Om experimentovať s rôzne materiály vodič. Aby zistil ich vodivosť, spojil ich do série a upravil ich dĺžku tak, aby sila prúdu bola vo všetkých prípadoch rovnaká.
Pre takéto merania bolo dôležité vybrať vodiče rovnakého priemeru. Ohm, meranie vodivosti striebra a zlata, získalo výsledky, ktoré podľa moderných údajov nie sú presné. Ohmov strieborný vodič teda viedol menej elektrického prúdu ako zlato. Sám Om to vysvetlil tým, že jeho strieborný vodič bol potiahnutý olejom, a preto zrejme experiment neposkytol presné výsledky.
To však nebol jediný problém, s ktorým mali problémy fyzici, ktorí sa v tom čase zaoberali podobnými experimentmi s elektrinou. Veľké ťažkosti pri získavaní čistých materiálov bez nečistôt na experimenty a ťažkosti s kalibráciou priemeru vodiča skresľovali výsledky testu. Ešte väčším zádrhelom bolo, že sila prúdu sa počas testov neustále menila, keďže zdroj prúdu bol premenlivý chemické prvky. Za takýchto podmienok Ohm odvodil logaritmickú závislosť prúdu od odporu drôtu.
O niečo neskôr nemecký fyzik Poggendorff, ktorý sa špecializoval na elektrochémiu, navrhol, aby Ohm nahradil chemické prvky termočlánkom vyrobeným z bizmutu a medi. Om začal svoje experimenty znova. Tentoraz použil ako batériu termoelektrické zariadenie poháňané Seebeckovým efektom. K nemu do série pripojil 8 medených vodičov rovnakého priemeru, ale rôznych dĺžok. Na meranie prúdu Ohm zavesil magnetickú ihlu cez vodiče pomocou kovovej nite. Prúd prebiehajúci rovnobežne s touto šípkou ju posunul do strany. Keď sa to stalo, fyzik krútil vlákno, kým sa šípka nevrátila do pôvodnej polohy. Na základe uhla, v ktorom bola niť skrútená, sa dala posúdiť hodnota prúdu.
V dôsledku nového experimentu Ohm dospel k vzorcu:
X = a/b + 1
Tu X- intenzita magnetické pole drôty, l- dĺžka drôtu, a- konštantné napätie zdroja, b – konštantný odpor zostávajúce prvky reťazca.
Ak sa obrátite na moderné pojmy aby sme opísali tento vzorec, dostaneme to X- sila prúdu, A – zdroj EMF, b + l– celkový odpor obvodu.
Ohmov zákon pre časť obvodu
Ohmov zákon pre samostatnú časť obvodu hovorí: sila prúdu v časti obvodu sa zvyšuje so zvyšovaním napätia a znižuje sa so zvyšujúcim sa odporom tejto časti.
I=U/R
Na základe tohto vzorca môžeme rozhodnúť, že odpor vodiča závisí od rozdielu potenciálov. Z matematického hľadiska je to správne, ale z hľadiska fyziky je to nepravda. Tento vzorec je použiteľný len na výpočet odporu na samostatnom úseku obvodu.
Vzorec na výpočet odporu vodiča teda bude mať tvar:
R = p⋅l/s
Ohmov zákon pre úplný obvod
Rozdiel medzi Ohmovým zákonom kompletný reťazec z Ohmovho zákona pre časť obvodu je, že teraz musíme brať do úvahy dva typy odporu. Toto je „R“ odpor všetkých komponentov systému a „r“ vnútorný odpor zdroja elektromotorickej sily. Vzorec má teda tvar:
I = U/R + r
Ohmov zákon pre striedavý prúd
Striedavý prúd sa líši od jednosmerného prúdu tým, že sa v určitých časových obdobiach mení. Konkrétne mení svoj význam a smer. Ak chcete použiť Ohmov zákon, musíte vziať do úvahy, že odpor v obvode s jednosmerným prúdom sa môže líšiť od odporu v obvode so striedavým prúdom. A líši sa, ak sú v obvode použité komponenty s reaktanciou. Reaktancia môže byť indukčná (cievky, transformátory, tlmivky) alebo kapacitná (kondenzátor).
Pokúsme sa zistiť, aký je skutočný rozdiel medzi jalovým a aktívnym odporom v obvode so striedavým prúdom. Už by ste mali pochopiť, že hodnota napätia a prúdu v takomto obvode sa v priebehu času mení a zhruba povedané, má tvar vlny.
Ak znázorníme, ako sa tieto dve hodnoty menia v priebehu času, dostaneme sínusoidu. Napätie aj prúd stúpajú z nuly na maximálnu hodnotu, potom pri poklese prechádzajú cez nulu a dosahujú maximálnu zápornú hodnotu. Potom opäť stúpajú cez nulu na maximálnu hodnotu a tak ďalej. Keď sa povie, že prúd alebo napätie je záporné, znamená to, že sa pohybuje opačným smerom.
Celý proces prebieha s určitou frekvenciou. Bod, v ktorom hodnota napätia alebo prúdu z minimálnej hodnoty stúpajúcej k maximálnej hodnote prechádza cez nulu, sa nazýva fáza.
V skutočnosti je to len predslov. Vráťme sa k reaktívnemu a aktívnemu odporu. Rozdiel je v tom, že v obvode s aktívnym odporom sa fáza prúdu zhoduje s fázou napätia. To znamená, že hodnota prúdu aj hodnota napätia dosahujú maximum v jednom smere súčasne. V tomto prípade sa náš vzorec na výpočet napätia, odporu alebo prúdu nemení.
Ak obvod obsahuje reaktanciu, fázy prúdu a napätia sa navzájom posunú o ¼ periódy. To znamená, že keď prúd dosiahne svoju maximálnu hodnotu, napätie bude nulové a naopak. Keď sa použije indukčná reaktancia, napäťová fáza "predbehne" fázu prúdu. Keď sa použije kapacita, súčasná fáza "predbehne" fázu napätia.
Vzorec na výpočet poklesu napätia na indukčnej reaktancii:
U = I ⋅ ωL
Kde L je indukčnosť reaktancie a ω – uhlová frekvencia (časová derivácia fázy kmitania).
Vzorec na výpočet poklesu napätia cez kapacitu:
U = I / ω ⋅ C
S– reaktančná kapacita.
Tieto dva vzorce sú špeciálnymi prípadmi Ohmovho zákona pre variabilné obvody.
Kompletný bude vyzerať takto:
I=U/Z
Tu Z – impedancia variabilný obvod známy ako impedancia.
Pôsobnosť
Ohmov zákon nie je základným zákonom fyziky, je to len pohodlná závislosť niektorých hodnôt od iných, ktorá je vhodná takmer v každej praktickej situácii. Preto bude jednoduchšie vymenovať situácie, keď zákon nemusí fungovať:
- Ak existuje zotrvačnosť nosičov náboja, napríklad v niektorých vysokofrekvenčných elektrických poliach;
- V supravodičoch;
- Ak sa drôt zahreje do takej miery, že charakteristika prúdového napätia prestane byť lineárna. Napríklad v žiarovkách;
- Vo vákuových a plynových rádiových trubiciach;
- V diódach a tranzistoroch.
Akýkoľvek elektrický obvod nevyhnutne obsahuje zdroj elektrická energia a jej nástupcom. Ako príklad si predstavte jednoduchý elektrický obvod pozostávajúci z batérie a žiarovky.
Batéria je zdrojom elektrickej energie, žiarovka je jej prijímačom. Medzi pólmi zdroja elektriny je potenciálny rozdiel (+ a -), keď je obvod uzavretý, proces jeho vyrovnávania sa začína vplyvom elektromotorickej sily, skrátene EMF. Obvodom preteká elektrický prúd, ktorý vykonáva prácu - zahrieva špirálu žiarovky, špirála začína žiariť.
Týmto spôsobom sa elektrická energia premieňa na tepelnú energiu a svetelnú energiu.
Elektrický prúd (J) je usporiadaný pohyb nabitých častíc, v tomto prípade elektrónov.
Elektróny majú záporný náboj, a preto ich pohyb smeruje ku kladnému (+) pólu zdroja energie.
V tomto prípade vždy vzniká elektromagnetické pole, ktoré sa šíri od (+) k (-) zdroju (smerom k pohybu elektrónov) cez elektrický obvod rýchlosťou svetla. Tradične sa verí, že elektrický prúd (J) sa pohybuje od kladného (+) pólu k zápornému (-) pólu.
Usporiadaný pohyb elektrónov cez kryštálová mriežka látka, ktorá je vodičom, neprechádza bez prekážok. Elektróny interagujú s atómami látky a spôsobujú jej zahrievanie. Teda látka má odpor(R) preteká cez ňu, elektrický prúd. A čím väčšia je hodnota odporu, pri rovnakej hodnote prúdu, tým silnejšie je zahrievanie.
Elektrický odpor je hodnota charakterizujúca odpor elektrického obvodu (alebo jeho časti) voči elektrickému prúdu, meraný v Omaha. Elektrické Napätie(U) - veľkosť rozdielu potenciálov zdroja elektrického prúdu. Elektrické Napätie(U), elektrický odpor(R), elektrický prúd(J) sú základné vlastnosti najjednoduchšieho elektrického obvodu sú navzájom v určitom vzťahu;
| Napätie. | ||
| Odpor. | ||
| Súčasná sila. | ||
| Moc. | ||
Pomocou vyššie uvedenej kalkulačky Ohmovho zákona môžete ľahko vypočítať hodnoty prúdu, napätia a odporu akéhokoľvek prijímača elektrickej energie. Tiež nahradením hodnôt napätia a prúdu môžete určiť jeho výkon a naopak.
Napríklad musíte zistiť prúd spotrebovaný elektrickou energiou. rýchlovarná kanvica, výkon 2,2 kW.
V stĺpci "Napätie" nahradíme hodnotu napätia našej siete vo voltoch - 220.
V stĺpci "Výkon" zadajte hodnotu výkonu vo wattoch 2200 (2,2 kW) Stlačte tlačidlo "Zistiť aktuálnu silu" - výsledok dostaneme v ampéroch - 10. Ak potom stlačíte tlačidlo "Odpor", môžete tiež zistiť, navyše, elektrický odpor našej kanvice, počas jej prevádzky - 22 ohmov.
Pomocou vyššie uvedenej kalkulačky môžete jednoducho vypočítať celková hodnota odporu pre dva paralelne zapojené odpory.
Druhý Kirchhoffov zákon hovorí: v uzavretom elektrickom obvode sa algebraický súčet emf rovná algebraickému súčtu úbytkov napätia v jednotlivých úsekoch obvodu. Podľa tohto zákona môžeme pre obvod znázornený na obrázku nižšie písať:
R rev = R1+R2
Teda kedy sériové pripojenie prvkov obvodu, celkový odpor obvodu sa rovná súčtu odporov jeho základných prvkov a napätie je medzi nimi rozdelené úmerne odporu každého z nich.
Napríklad v Novoročná girlanda pozostávajúce zo 100 malých identických žiaroviek, z ktorých každá je určená na napätie 2,5 voltu, pripojených k sieti 220 voltov, každá žiarovka bude mať 220/100 = 2,2 voltu.
A, samozrejme, v tejto situácii bude pracovať šťastne až do smrti.
Striedavý prúd.
Striedavý prúd na rozdiel od jednosmerného prúdu nemá stály smer. Napríklad v bežnej domácej elektrine. siete 220 voltov 50 hertzov, plus a mínus meniť miesta 50-krát za sekundu. Ohmove a Kirchhoffove zákony pre obvody jednosmerného prúdu platia aj pre obvody striedavého prúdu, ale len pre elektrické prijímače s aktívny rezistencie v čistej forme, teda ako sú rôzne vykurovacie telesá a klasické žiarovky.
Okrem toho sa všetky výpočty robia s platné hodnoty prúdu a napätia. Hodnota efektívnej sily striedavý prúdčíselne sa rovná ekvivalentu tepelný efekt DC napájanie. Efektívna hodnota Jpremenná = 0,707*Jkonštantná Efektívna hodnota Uvariabilná = 0,707* Nekonštantná Napríklad v našej domácej sieti prúd význam striedavé napätie - 220 voltov, a jeho maximálna (amplitúda) hodnota = 220*(1/0,707) = 310 voltov.
Úloha Ohmových a Kirchhoffových zákonov v každodennom živote elektrikára.
Vykonávanie vášho pracovná činnosť, elektrikár (úplne každý a každý), denne čelí dôsledkom týchto základných zákonov a pravidiel, dalo by sa povedať, žije vo svojej realite. Používa teoretické poznatky, získané s veľkými ťažkosťami v rôznych vzdelávacie inštitúcie, pre každodennú rutinu pracovné povinnosti?
Spravidla - nie! Najčastejšie je to jednoduché - jednoducho, bez akejkoľvek potreby - to urobiť.
Pre denná práca normálny elektrikár, vôbec nepozostáva z mentálnych výpočtov, ale naopak z rokmi jasných, vybrúsených fyzických úkonov. To neznamená, že nemusíte vôbec premýšľať. Práve naopak – veď následky neuvážených činov v tejto profesii sú niekedy veľmi drahé.
Niekedy medzi elektrikármi existujú amatérski dizajnéri, ale najčastejšie sú to inovátori. Títo ľudia z času na čas využívajú teoretické vedomosti, ktoré majú, k dobru pri vývoji a konštrukcii rôznych zariadení, a to ako pre osobné účely, tak aj v prospech vlastnej produkcie. Bez znalosti Ohmových a Kirchhoffových zákonov sú výpočty elektrických obvodov, ktoré tvoria obvod budúceho zariadenia, úplne nemožné.
Vo všeobecnosti môžeme povedať, že Ohmove a Kirchhoffove zákony sú skôr „nástrojom“ konštruktéra ako elektrikára.