การเชื่อมต่อองค์ประกอบสามารถเป็นแบบอนุกรม ขนาน และผสมได้ มาคำนวณค่าสำหรับทั้งสามตัวเลือกกัน ในการคำนวณค่าของปริมาณเหล่านี้ เราใช้กฎของโอห์มกับส่วนหนึ่งของวงจร ซึ่งเป็นกฎที่รู้จักกันดีในโรงเรียน: ฉัน=คุณ/R; U=I*R; R=U/ฉัน.
วงจรอย่างง่าย
ในที่นี้ กฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจรจะพิจารณาพารามิเตอร์ของผู้ใช้บริการรายหนึ่ง (ไม่ว่าจะเป็นมอเตอร์หรือหลอดไฟ) ซึ่งมี ความต้านทานอาร์- เมื่อไฟฟ้ามาบรรจบกัน มันก็ทำงาน มันอยู่บนอุปสรรคนี้ที่มันถูกสร้างขึ้น ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น- สมมติว่า R=10 โอห์มเป็นผู้บริโภค
ด้วยการต่อแบตเตอรี่ขนาด 9 V เข้ากับ R เราจะพิจารณาความแรงของกระแส: ผม=U/R=9/10=0.9 ก.
ถ้ารู้แล้ว ร, วัด ฉันคุณสามารถดูได้ว่าตัวต้านทานลดลงเท่าใด: I*R=0.9*10=9 บ. ฉัน*อาร์เรียกว่า แรงดันไฟฟ้าตก.
R สามารถคำนวณได้โดยการวัดโวลต์ที่ขวางและแอมป์ที่ไหลผ่าน R=U/I=9B/0.9A=10.
มักจำเป็นต้องกำหนดกำลังไฟฟ้า R เพื่อให้แน่ใจว่าสามารถกระจายความร้อนที่เกิดจากไฟฟ้าได้ การใช้พลังงาน Р=ฉัน 2 *R=0.9 2 A*10=8.1 น้ำหนัก- จำเป็นต้องเลือกกำลังการกระจายไม่น้อยกว่าที่คำนวณได้ มิฉะนั้นควันจะออกมา ในกรณีของเราเราเลือกมาตรฐาน 10 W ส่วนอันที่เล็กกว่าคือ 7.5 W เท่านั้น
การเชื่อมต่อแบบขนาน
ตอนนี้เรามาเพิ่มความยากของส่วนนี้กันดีกว่า ลองนึกภาพผู้บริโภคเป็น R1 (10 โอห์ม) และ R2 (5 โอห์ม) ค่าของ R เปลี่ยนไปและมีเส้นทางสองเส้นทางปรากฏขึ้น มีเพียง 9 V เท่านั้นที่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง 
ในการคำนวณแอมแปร์ที่มาถึงสาขา คุณจำเป็นต้องทราบผลรวม R เมื่อใด การเชื่อมต่อแบบขนาน R คำนวณโดยใช้สูตร 1/R=1/R1+1/R2+1/Rn... สำหรับสององค์ประกอบจะมีลักษณะดังนี้: R=R1*R2/(R1+R2); ร=10*5/(10+5)=3.3- โปรดทราบ: ในรูปแบบดังกล่าว R ผลลัพธ์จะน้อยกว่าค่าที่น้อยที่สุดเสมอ
เราพบ ผม=9/3.3=2.7 ก- ค่า R รวมยังถูกกำหนดโดยการวัดกระแสรวม (การวัดแสดงให้เห็น 2.7 A) แล้ว รั=9/2.7=3.3.
มาคำนวณแต่ละสาขาแยกกัน ตัวต้านทานทั้งหมดเป็น 9 V รู้ รเราสามารถคำนวณแอมแปร์ของสาขาได้ สำหรับสาขาแรก - I1=9V/R1=9/10=0.9 ก- สำหรับครั้งที่สอง - I2=9V/R2=9V/5=1.8. รายละเอียดที่สำคัญ: ผลรวมของกระแสของทุกสาขาเท่ากับกระแสรวม จากที่นี่ I1=ฉัน-I2- ค่าของ R1 และ R2 ถูกกำหนดโดยอาศัยแอมแปร์ที่ไหลเข้าไปและโวลต์ที่เชื่อมต่อ: R1=9V/I1ฯลฯ
มาดูกันว่ากฎหมายจะตอบสนองอย่างไร
การเชื่อมต่อโหลดแบบอนุกรม
การหากระแสในวงจรอนุกรมต้องรู้ก่อนว่ามีกี่โอห์ม? สำหรับส่วน R ที่ระบุ เราจะพบสิ่งนี้: ร=R1+R2; ร=10+5=15- เรากำหนด ฉัน=คุณ/R; ผม=9/15=0.6 ก- ตอนนี้เรามาดูความสนใจเกี่ยวกับแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานกัน บน R1 - U1=I*R1=0.6*10=6 โวลต์.
ดู: 6 V ลดลงบน R1 และผลรวมคือ 9 V ซึ่งหมายความว่า 3 V ควรคงอยู่บน R2 (U2=9B-6B=3B)- มาตรวจสอบกฎหมายกัน: U2=I*R2=0.6A*5=3 โวลต์- ถูกต้องแล้ว
ระหว่างทางเราได้เรียนรู้ค่าของศักย์ไฟฟ้าที่จุด A สัมพันธ์กับแหล่งจ่ายไฟลบ - 3 V วงจรนี้เรียกว่า ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า: จากอันหนึ่งเราได้สองอัน และทั้งสองอันสามารถใช้เพื่อจ่ายไฟให้กับวงจรอื่นได้ แน่นอนว่าเราจำเป็นต้องคำนึงถึงข้อมูลอินพุตของพวกเขาด้วย แต่นั่นเป็นอีกเรื่องหนึ่ง แม้ว่าเราจะทำไม่ได้หากไม่มีกฎของโอห์มสำหรับส่วนหนึ่งของวงจรก็ตาม
การเชื่อมต่อโหลดแบบผสม
การเชื่อมต่อแบบผสมคือการผสมผสานระหว่างแบบขนานและแบบอนุกรม สำหรับการคำนวณ จะใช้อัลกอริธึมเดียวกันกับที่กล่าวไว้ในเวอร์ชันก่อนหน้า คุณเพียงแค่ต้องแบ่งสาขาตามตัวเลือกที่เหมาะสม
กฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจรมีดังนี้
กฎของโอห์มสำหรับวงจรสมบูรณ์
ต้องมีการรวมไว้ในการคำนวณพารามิเตอร์ แหล่งจ่ายไฟ- อันดับแรกเรามาดูคุณสมบัติของอุปกรณ์กันก่อน วงจรเรียงกระแส, แบตเตอรี่, เซลล์กัลวานิก (แบตเตอรี่ธรรมดา), ตาแมว (ฐาน แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์) - มีอยู่ในทุกแหล่ง ความต้านทานภายใน- ในวงจรเรียงกระแส - ขดลวดหม้อแปลงและสิ่งที่เกี่ยวข้องในแบตเตอรี่ - อิเล็กโทรไลต์และระดับการปล่อยอิเล็กโทรด 
เคยสังเกตไหมว่าการชาร์จแบตเตอรี่ไม่ได้ถูกควบคุมโดยโวลต์มิเตอร์ธรรมดา แต่ควบคุมโดยปลั๊กโหลด? ส้อมนี้มีไว้เพื่ออะไร? แบตเตอรี่ผลิตโวลต์แต่ไม่ได้จ่ายให้ครบถ้วน: ส่วน ( อินฟราเรด- อ่านด้านล่าง) ตกอยู่บนสิ่งกีดขวางภายในของเขา โหลดส้อมก็เหมือนกับวงจรที่เราศึกษา ซึ่งประกอบด้วยตัวต้านทานและโวลต์มิเตอร์ที่เชื่อมต่อแบบขนาน ตัวมันเองไม่สามารถสร้างความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ให้ลดลงได้ ดังนั้นการสับเปลี่ยนความต้านทานต่ำจึงเชื่อมต่อแบบขนานเพื่อสร้าง อินฟราเรด- นี่คือวิธีที่เราสามารถตัดสินความสมบูรณ์ของการชาร์จได้ การวัดการชาร์จแบตเตอรี่ด้วยโวลต์มิเตอร์เท่านั้นเราจะไม่ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการเนื่องจากจะไม่คำนึงถึงการสูญเสียแบตเตอรี่
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดใดที่สามารถผลิตได้เรียกว่าอะไร แรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF)และสิ่งที่เข้ามา เครือข่ายไฟฟ้า — แรงดันไฟฟ้า- ปริมาณมีความเกี่ยวข้องดังนี้: EMF=IR+IR รคือความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิดค่าที่เหลือนั้นเราทราบแล้ว คุณได้รับจากที่นี่: U=EMF-Ir- สูตรทั้งสองนี้กำหนดกฎของโอห์ม ห่วงโซ่ที่สมบูรณ์.
§ 2.4 แรงดันไฟฟ้าในส่วนของวงจรแรงดันไฟฟ้าตกในบางพื้นที่ วงจรไฟฟ้าเข้าใจความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างจุดสูงสุดของส่วนนี้
ในรูป ในรูป 2.5 แสดงส่วนของห่วงโซ่ จุดที่สุดสุดระบุด้วยตัวอักษร กและ ข- ปล่อยให้กระแส ฉันไหลมาจากจุดหนึ่ง กตรงประเด็น ข(จากศักยภาพสูงไปต่ำ) ดังนั้นศักยภาพของจุดนั้น ก(φ ก ) เหนือศักยภาพของจุด b( φ ข ) โดยค่าเท่ากับผลคูณของกระแส ฉันเพื่อการต่อต้าน ร: φ ก = φ ข+ นักลงทุนสัมพันธ์.
ตามคำนิยาม แรงดันไฟฟ้าระหว่างจุด กและ ข คุณ ab = φ ก - φ ข .
ดังนั้น, คุณ ab = IRกล่าวคือ แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมความต้านทานเท่ากับผลคูณของกระแสที่ไหลผ่านความต้านทานและค่าของความต้านทานนี้
ในทางวิศวกรรมไฟฟ้า ความต่างศักย์ไฟฟ้าข้ามปลายความต้านทานเรียกว่าแรงดันตกคร่อมความต้านทานหรือแรงดันตกคร่อม ต่อมาความต่างศักย์ที่ปลายแนวต้านคือผลิตภัณฑ์ นักลงทุนสัมพันธ์เราจะเรียกมันว่าแรงดันตก
ทิศทางบวกของแรงดันไฟฟ้าตกในส่วนใดๆ (ทิศทางของการอ่านแรงดันไฟฟ้านี้) ซึ่งระบุในรูปด้วยลูกศร เกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางบวกของการอ่านกระแสที่ไหลผ่านความต้านทานที่กำหนด
ในทางกลับกันทิศทางบวกของการนับปัจจุบัน ฉัน(กระแสเป็นสเกลาร์พีชคณิต) เกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางบวกของเส้นปกติถึงหน้าตัดของตัวนำเมื่อคำนวณกระแสโดยใช้สูตรโดยที่ δ คือความหนาแน่นกระแส - องค์ประกอบของพื้นที่หน้าตัด (ดูรายละเอียดเพิ่มเติมดูมาตรา 20.1)
ลองพิจารณาคำถามเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าในส่วนของวงจรที่ไม่เพียงแต่มีความต้านทานเท่านั้น แต่ยังมีแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้วย
ในรูป 2.6, a, b แสดงส่วนของวงจรบางวงจรที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ฉัน- มาหาความต่างศักย์ (แรงดันไฟฟ้า) ระหว่างจุดต่างๆ กัน กและ กับสำหรับพื้นที่เหล่านี้ ตามคำนิยาม
คุณ เอซี = φ ก - φ ค (2.1)
ให้เราแสดงศักยภาพของจุด กผ่านศักยภาพของจุดนั้น กับ- เมื่อเคลื่อนที่จากจุดหนึ่ง กับตรงประเด็น ขตรงข้ามกับทิศทางของ EMF อี(รูปที่ 2.6, ก) จุดศักย์ ขกลับกลายเป็นว่าต่ำกว่า (น้อยกว่า) ศักยภาพของจุดนั้น กับให้เป็นค่า EMF อี: φ ข = φ ค- อี- เมื่อเคลื่อนที่จากจุดหนึ่ง กับตรงประเด็น ขตามทิศทางของ EMF อี(รูปที่ 2.6, b) จุดศักย์ไฟฟ้า ขกลับกลายเป็นว่าสูงกว่า (มากกว่า) ศักยภาพของจุดนั้น กับให้เป็นค่า EMF อี: φ ข = φ ค+ อี.
เนื่องจากในส่วนของวงจรที่ไม่มีแหล่งกำเนิด EMF กระแสจะไหลจากศักย์ที่สูงกว่าไปยังค่าที่ต่ำกว่าในทั้งสองวงจร ศักยภาพ 2.6 แต้ม กศักยภาพเหนือจุด ขเป็นค่าแรงดันตกคร่อมความต้านทาน ร: φ ก = φ ข+ นักลงทุนสัมพันธ์- ดังนั้น สำหรับรูป 2.6 ก
φ ก = φ ค- อี+ไออาร์ ,
คุณ เครื่องปรับอากาศ = φ ก - φ ค= IR - อี , (2.2)
สำหรับมะเดื่อ 2.6 ข
φ ก = φ ค+ อี + ไออาร์ ,
คุณ เครื่องปรับอากาศ = φ ก - φ ค= IR + อี- (2.2ก)
ทิศทางแรงดันไฟฟ้าบวก คุณ เครื่องปรับอากาศ ระบุด้วยลูกศรจาก กถึง กับ- ตามคำนิยามที่ว่า คุณ แคลิฟอร์เนีย = φ ค - φ ก นั่นเป็นเหตุผล คุณ แคลิฟอร์เนีย= - คุณ เครื่องปรับอากาศ ,ท. นั่นคือการเปลี่ยนแปลงในการสลับ (ลำดับ) ของดัชนีจะเทียบเท่ากับการเปลี่ยนแปลงสัญญาณของแรงดันไฟฟ้านี้ ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าจึงสามารถเป็นได้ทั้งบวกและลบ
สวัสดีท่านผู้อ่านเว็บไซต์ Electrician's Notes..
วันนี้ฉันกำลังเปิดส่วนใหม่บนเว็บไซต์ที่เรียกว่า
ในส่วนนี้ฉันจะพยายามอธิบายปัญหาทางวิศวกรรมไฟฟ้าให้คุณทราบอย่างชัดเจนและเรียบง่าย ฉันจะบอกทันทีว่ามันยังอีกไกลที่จะเจาะลึก ความรู้ทางทฤษฎีเราจะไม่ทำ แต่เราจะเรียนรู้พื้นฐานตามลำดับที่ดี
สิ่งแรกที่ผมอยากแนะนำให้คุณรู้จักคือกฎของโอห์มสำหรับส่วนของห่วงโซ่ นี่เป็นกฎหมายพื้นฐานที่สุดที่ทุกคนควรรู้
ความรู้เกี่ยวกับกฎหมายนี้จะช่วยให้เรากำหนดค่าของกระแสแรงดัน (ความต่างศักย์ไฟฟ้า) และความต้านทานในส่วนของวงจรได้อย่างง่ายดายและแม่นยำ
โอมคือใคร? ประวัติเล็กน้อย
กฎของโอห์มถูกค้นพบโดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อ Georg Simon Ohm ในปี 1826 นี่คือสิ่งที่เขาดูเหมือน
ฉันจะไม่เล่าชีวประวัติทั้งหมดของ Georg Ohm ให้คุณฟัง คุณสามารถหาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ได้จากแหล่งข้อมูลอื่น
ฉันจะพูดเฉพาะสิ่งที่สำคัญที่สุดเท่านั้น
กฎพื้นฐานที่สุดของวิศวกรรมไฟฟ้าได้รับการตั้งชื่อตามเขา ซึ่งเราใช้อย่างกระตือรือร้นในการคำนวณที่ซับซ้อนในการออกแบบ การผลิต และในชีวิตประจำวัน
กฎของโอห์มสำหรับส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันของห่วงโซ่มีดังนี้:
I – ค่าของกระแสที่ไหลผ่านส่วนของวงจร (วัดเป็นแอมแปร์)
U – ค่าแรงดันไฟฟ้าบนส่วนของวงจร (วัดเป็นโวลต์)
R - ค่าความต้านทานของส่วนวงจร (วัดเป็นโอห์ม)
หากอธิบายสูตรเป็นคำพูดปรากฎว่าความแรงของกระแสไฟฟ้าเป็นสัดส่วนกับแรงดันไฟฟ้าและเป็นสัดส่วนผกผันกับความต้านทานของส่วนวงจร
เรามาทำการทดลองกัน
เพื่อให้เข้าใจสูตรไม่ใช่คำพูด แต่ในการกระทำ คุณต้องประกอบแผนภาพต่อไปนี้:
จุดประสงค์ของบทความนี้คือเพื่อแสดงให้ชัดเจนว่าจะใช้กฎของโอห์มกับส่วนของวงจรได้อย่างไร ดังนั้นฉันจึงประกอบวงจรนี้ไว้บนโต๊ะทำงานของฉัน ดูด้านล่างว่าเธอมีลักษณะอย่างไร
การใช้ปุ่มควบคุม (การเลือก) คุณสามารถเลือกแรงดันไฟฟ้าคงที่หรือ แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับระหว่างทางออก ในกรณีของเราใช้แรงดันไฟฟ้าคงที่ ฉันเปลี่ยนระดับแรงดันไฟฟ้าโดยใช้เครื่องเปลี่ยนรูปอัตโนมัติในห้องปฏิบัติการ (LATR)
ในการทดลอง ฉันจะใช้แรงดันไฟฟ้าข้ามส่วนของวงจรเท่ากับ 220 (V) เราตรวจสอบแรงดันไฟขาออกโดยใช้โวลต์มิเตอร์
ตอนนี้เราพร้อมแล้วที่จะทำการทดลองของเราเองและทดสอบกฎของโอห์มในความเป็นจริง
ด้านล่างฉันจะให้ 3 ตัวอย่าง ในแต่ละตัวอย่าง เราจะกำหนดค่าที่ต้องการโดยใช้ 2 วิธี: การใช้สูตรและในทางปฏิบัติ
ตัวอย่าง #1
ในตัวอย่างแรก เราจำเป็นต้องค้นหากระแส (I) ในวงจร โดยรู้ขนาดของแหล่งกำเนิด แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงและค่าความต้านทาน หลอดไฟ LED.
แรงดันแหล่งจ่ายแรงดัน DC คือ ยู = 220 (วี)- ความต้านทานของหลอดไฟ LED คือ R = 40740 (โอห์ม).
จากสูตร เราจะหากระแสในวงจร:
ผม = U/R = 220/40740 = 0.0054 (A)
เราเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับหลอดไฟ LED เปิดในโหมดแอมป์มิเตอร์และวัดกระแสในวงจร
หน้าจอมัลติมิเตอร์แสดงกระแสวงจร ค่าของมันคือ 5.4 (mA) หรือ 0.0054 (A) ซึ่งสอดคล้องกับกระแสที่พบโดยสูตร
ตัวอย่างหมายเลข 2
ในตัวอย่างที่สอง เราจำเป็นต้องค้นหาแรงดันไฟฟ้า (U) ของส่วนของวงจร โดยทราบปริมาณกระแสในวงจรและค่าความต้านทานของหลอดไฟ LED
ผม = 0.0054 (เอ)
R = 40740 (โอห์ม)
จากสูตรเราจะพบแรงดันไฟฟ้าของส่วนวงจร:
U = I*R = 0.0054 *40740 = 219.9 (V) = 220 (V)
ตอนนี้เรามาตรวจสอบผลลัพธ์ที่ได้รับในทางปฏิบัติ
เราเชื่อมต่อมัลติมิเตอร์ที่เปิดอยู่ในโหมดโวลต์มิเตอร์ขนานกับหลอดไฟ LED และวัดแรงดันไฟฟ้า
หน้าจอมัลติมิเตอร์แสดงแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ ค่าของมันคือ 220 (V) ซึ่งสอดคล้องกับแรงดันไฟฟ้าที่พบโดยใช้สูตรของกฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจร
ตัวอย่างหมายเลข 3
ในตัวอย่างที่สาม เราจำเป็นต้องค้นหาความต้านทาน (R) ของส่วนวงจร โดยทราบขนาดของกระแสในวงจรและค่าแรงดันไฟฟ้าของส่วนวงจร
ผม = 0.0054 (เอ)
ยู = 220 (วี)
ลองใช้สูตรและค้นหาความต้านทานของส่วนวงจรอีกครั้ง:
ร = คุณ/ผม = 220/0.0054 = 40740.7 (โอห์ม)
ตอนนี้เรามาตรวจสอบผลลัพธ์ที่ได้รับในทางปฏิบัติ
เราวัดความต้านทานของหลอดไฟ LED โดยใช้มัลติมิเตอร์
ค่าผลลัพธ์ที่ได้คือ R = 40740 (โอห์ม)ซึ่งสอดคล้องกับความต้านทานที่พบในสูตร
การจำกฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจรนั้นง่ายแค่ไหน!!!
เพื่อไม่ให้สับสนและจำสูตรได้ง่ายคุณสามารถใช้คำใบ้เล็ก ๆ ที่คุณทำเองได้
วาดรูปสามเหลี่ยมแล้วป้อนพารามิเตอร์ของวงจรไฟฟ้าลงไปตามรูปด้านล่าง คุณควรได้รับมันเช่นนี้
วิธีการใช้งาน?
การใช้สามเหลี่ยมคำใบ้นั้นง่ายและสะดวกมาก ปิดด้วยนิ้วของคุณพารามิเตอร์วงจรที่ต้องการค้นหา
หากพารามิเตอร์ที่เหลือบนสามเหลี่ยมอยู่ในระดับเดียวกัน จะต้องคูณค่าเหล่านั้น
หากพารามิเตอร์ที่เหลือบนรูปสามเหลี่ยมอยู่ที่ ในระดับที่แตกต่างกันจากนั้นจึงจำเป็นต้องแบ่งพารามิเตอร์ด้านบนด้วยพารามิเตอร์ด้านล่าง
ด้วยความช่วยเหลือของสามเหลี่ยมคำใบ้ คุณจะไม่สับสนในสูตร แต่ควรเรียนรู้แบบตารางสูตรคูณจะดีกว่า
ข้อสรุป
ในตอนท้ายของบทความฉันจะได้ข้อสรุป
กระแสไฟฟ้าคือการไหลโดยตรงของอิเล็กตรอนจากจุด B ที่มีศักยภาพลบไปยังจุด A ที่มีศักยภาพบวก และยิ่งความต่างศักย์ระหว่างจุดเหล่านี้สูงขึ้น อิเล็กตรอนก็จะเคลื่อนที่จากจุด B ไปยังจุด A มากขึ้นเท่านั้น กล่าวคือ กระแสไฟฟ้าในวงจรจะเพิ่มขึ้น โดยที่ความต้านทานของวงจรยังคงไม่เปลี่ยนแปลง
แต่ความต้านทานของหลอดไฟจะต้านการไหลของกระแสไฟฟ้า และอะไร ความต้านทานมากขึ้นในห่วงโซ่ ( การเชื่อมต่อแบบอนุกรมหลอดไฟหลายดวง) กระแสไฟฟ้าในวงจรก็จะยิ่งต่ำลงที่แรงดันไฟหลักคงที่
ป.ล. บนอินเทอร์เน็ตฉันพบการ์ตูนตลกแต่อธิบายได้เกี่ยวกับกฎของโอห์มสำหรับส่วนหนึ่งของวงจร
Georg Simon Ohm เริ่มงานวิจัยของเขาโดยได้รับแรงบันดาลใจจากผลงานชื่อดังของ Jean Baptiste Fourier เรื่อง “The Analytical Theory of Heat” ในงานนี้ ฟูริเยร์เป็นตัวแทนของการไหลของความร้อนระหว่างจุดสองจุดในรูปของความแตกต่างของอุณหภูมิและการเปลี่ยนแปลง การไหลของความร้อนที่เกี่ยวข้องกับการก้าวข้ามสิ่งกีดขวาง รูปร่างไม่สม่ำเสมอทำจากวัสดุกันความร้อน ในทำนองเดียวกัน โอห์มทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าโดยความต่างศักย์
จากนี้อ้อมก็เริ่มทำการทดลองกับ วัสดุที่แตกต่างกันตัวนำ เพื่อที่จะหาค่าการนำไฟฟ้า เขาได้เชื่อมต่อพวกมันแบบอนุกรมและปรับความยาวเพื่อให้ความแรงของกระแสเท่ากันในทุกกรณี
สิ่งสำคัญคือต้องเลือกตัวนำที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากันสำหรับการวัดดังกล่าว โอห์มในการวัดค่าการนำไฟฟ้าของเงินและทองได้ผลลัพธ์ที่ไม่ถูกต้องตามข้อมูลสมัยใหม่ ดังนั้นตัวนำเงินของโอห์มจึงนำกระแสไฟฟ้าน้อยกว่าทองคำ โอมเองอธิบายเรื่องนี้โดยบอกว่าตัวนำเงินของเขาถูกเคลือบด้วยน้ำมัน และด้วยเหตุนี้ การทดลองจึงไม่ได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำ
อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่ปัญหาเดียวที่นักฟิสิกส์ซึ่งขณะนั้นกำลังทำการทดลองไฟฟ้าที่คล้ายกันมีปัญหาอยู่ ความยากลำบากอย่างมากในการได้รับวัสดุบริสุทธิ์โดยไม่มีสิ่งเจือปนสำหรับการทดลอง และความยากลำบากในการสอบเทียบเส้นผ่านศูนย์กลางของตัวนำทำให้ผลการทดสอบบิดเบี้ยว อุปสรรคที่ใหญ่กว่าก็คือความแรงของกระแสมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาในระหว่างการทดสอบ เนื่องจากแหล่งที่มาของกระแสนั้นแปรผัน องค์ประกอบทางเคมี- ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว โอห์มจะได้รับการพึ่งพาลอการิทึมของกระแสกับความต้านทานของเส้นลวด
หลังจากนั้นไม่นานนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Poggendorff ซึ่งเชี่ยวชาญด้านไฟฟ้าเคมีแนะนำว่าโอห์มแทนที่องค์ประกอบทางเคมีด้วยเทอร์โมคัปเปิลที่ทำจากบิสมัทและทองแดง โอมเริ่มการทดลองอีกครั้ง คราวนี้เขาใช้อุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริกที่ขับเคลื่อนโดยเอฟเฟกต์ Seebeck เป็นแบตเตอรี่ เขาเชื่อมต่อเข้ากับตัวนำทองแดงซีรีย์ 8 ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน แต่มีความยาวต่างกัน ในการวัดกระแส โอห์มแขวนเข็มแม่เหล็กไว้เหนือตัวนำโดยใช้ด้ายโลหะ กระแสน้ำที่วิ่งขนานกับลูกศรนี้เลื่อนไปด้านข้าง เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น นักฟิสิกส์ก็บิดด้ายจนกระทั่งลูกศรกลับสู่ตำแหน่งเดิม ขึ้นอยู่กับมุมที่ด้ายถูกบิด เราสามารถตัดสินมูลค่าของกระแสได้
จากการทดลองใหม่ โอห์มได้สูตรดังนี้:
X = ก / ข + ล
ที่นี่ เอ็กซ์– ความรุนแรง สนามแม่เหล็กสายไฟ, ล– ความยาวสายไฟ ก– แรงดันแหล่งจ่ายคงที่ ข – ความต้านทานคงที่องค์ประกอบที่เหลือของโซ่
หากหันไป เงื่อนไขที่ทันสมัยเพื่ออธิบายสูตรนี้ เราเข้าใจได้ เอ็กซ์– ความแรงในปัจจุบัน ก – แหล่งที่มาของอีเอ็มเอฟ, ข + ล – ความต้านทานรวมโซ่.
กฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจร
กฎของโอห์มสำหรับส่วนที่แยกต่างหากของวงจรระบุว่า ความแรงของกระแสไฟฟ้าในส่วนของวงจรจะเพิ่มขึ้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นและลดลงเมื่อความต้านทานของส่วนนี้เพิ่มขึ้น
ผม=คุณ/ร
จากสูตรนี้ เราสามารถตัดสินใจได้ว่าความต้านทานของตัวนำขึ้นอยู่กับความต่างศักย์ จากมุมมองทางคณิตศาสตร์ สิ่งนี้ถูกต้อง แต่จากมุมมองทางฟิสิกส์ มันเป็นเท็จ สูตรนี้ใช้สำหรับการคำนวณความต้านทานในส่วนที่แยกจากกันของวงจรเท่านั้น
ดังนั้นสูตรในการคำนวณความต้านทานของตัวนำจะอยู่ในรูปแบบ:
R = พี ⋅ ลิตร / วินาที
กฎของโอห์มสำหรับวงจรสมบูรณ์
ความแตกต่างระหว่างกฎของโอห์มสำหรับวงจรสมบูรณ์กับกฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจรก็คือ ตอนนี้เราต้องคำนึงถึงความต้านทานสองประเภทด้วย นี่คือ "R" ความต้านทานของส่วนประกอบทั้งหมดของระบบและ "r" ความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า สูตรจึงอยู่ในรูปแบบ:
ฉัน = U / R + r
กฎของโอห์มสำหรับกระแสสลับ
กระแสสลับแตกต่างจากกระแสตรงตรงที่มีการเปลี่ยนแปลงในช่วงเวลาหนึ่ง โดยเฉพาะมันเปลี่ยนความหมายและทิศทางของมัน ในการใช้กฎของโอห์มตรงนี้ คุณต้องคำนึงถึงความต้านทานในวงจรด้วย ดี.ซีอาจแตกต่างจากความต้านทานในวงจรที่มีกระแสสลับ และจะแตกต่างออกไปหากใช้ส่วนประกอบที่มีรีแอกแตนซ์ในวงจร รีแอกแตนซ์อาจเป็นแบบอุปนัย (คอยล์ หม้อแปลง โช้ก) หรือแบบคาปาซิทีฟ (คาปาซิเตอร์)
ลองหาความแตกต่างที่แท้จริงระหว่างความต้านทานปฏิกิริยาและความต้านทานแบบแอกทีฟในวงจรด้วย กระแสสลับ- คุณควรเข้าใจแล้วว่าค่าของแรงดันและกระแสในวงจรดังกล่าวเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา และพูดคร่าวๆ ก็คือมีรูปคลื่น
หากเราสร้างแผนภาพว่าค่าทั้งสองนี้เปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป เราจะได้คลื่นไซน์ ทั้งแรงดันและกระแสเพิ่มขึ้นจากศูนย์เป็นค่าสูงสุด จากนั้นลดลง ผ่านศูนย์และไปถึงค่าลบสูงสุด หลังจากนั้นค่าจะเพิ่มขึ้นอีกครั้งจากศูนย์จนถึงค่าสูงสุดและต่อๆ ไป เมื่อกระแสหรือแรงดันเป็นลบ แสดงว่ากระแสหรือแรงดันเคลื่อนไปในทิศทางตรงกันข้าม
กระบวนการทั้งหมดเกิดขึ้นที่ความถี่ที่แน่นอน จุดที่แรงดันหรือค่ากระแสจากค่าต่ำสุดที่เพิ่มขึ้นจนถึงค่าสูงสุดที่ผ่านศูนย์เรียกว่าเฟส
อันที่จริงนี่เป็นเพียงคำนำเท่านั้น กลับมาที่แนวต้านแบบปฏิกิริยาและแบบแอคทีฟอีกครั้ง ข้อแตกต่างก็คือในวงจรที่มีความต้านทานแบบแอกทีฟ เฟสกระแสจะตรงกับเฟสแรงดันไฟฟ้า นั่นคือทั้งค่ากระแสและค่าแรงดันจะถึงค่าสูงสุดในทิศทางเดียวในเวลาเดียวกัน ในกรณีนี้ สูตรคำนวณแรงดันไฟฟ้า ความต้านทาน หรือกระแสไฟฟ้าของเราจะไม่เปลี่ยนแปลง
หากวงจรมีรีแอกแตนซ์ เฟสของกระแสและแรงดันไฟฟ้าจะเลื่อนจากกัน ¼ ของช่วงเวลา ซึ่งหมายความว่าเมื่อกระแสไฟฟ้าถึงค่าสูงสุด แรงดันไฟฟ้าจะเป็นศูนย์และในทางกลับกัน เมื่อใช้รีแอคแทนซ์แบบเหนี่ยวนำ เฟสแรงดันไฟฟ้าจะ "แซง" เฟสปัจจุบัน เมื่อใช้ความจุไฟฟ้า เฟสกระแสจะ "แซง" เฟสแรงดันไฟฟ้า
สูตรคำนวณแรงดันตกคร่อมรีแอคแทนซ์แบบเหนี่ยวนำ:
คุณ = ฉัน ⋅ ωL
ที่ไหน ลคือการเหนี่ยวนำของรีแอกแตนซ์ และ ω – ความถี่เชิงมุม (อนุพันธ์ของเวลาของเฟสการสั่น)
สูตรคำนวณแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมความจุ:
U = ฉัน / ω ⋅ C
กับ– ความจุรีแอกแตนซ์
สูตรทั้งสองนี้เป็นกรณีพิเศษของกฎของโอห์มสำหรับวงจรแปรผัน
ตัวที่สมบูรณ์จะมีลักษณะดังนี้:
ผม=U/Z
ที่นี่ ซี– ความต้านทานรวม วงจรแปรผันเรียกว่าอิมพีแดนซ์
ขอบเขตการใช้งาน
กฎของโอห์มไม่ใช่กฎพื้นฐานในฟิสิกส์ แต่เป็นเพียงการพึ่งพาค่าบางอย่างกับค่าอื่นได้อย่างสะดวกซึ่งเหมาะสมในเกือบทุกสถานการณ์ในทางปฏิบัติ ดังนั้นจึงง่ายกว่าที่จะระบุสถานการณ์ที่กฎหมายอาจไม่ทำงาน:
- หากมีความเฉื่อยของตัวพาประจุ เช่น ในสนามไฟฟ้าความถี่สูงบางสนาม
- ในตัวนำยิ่งยวด
- หากสายไฟได้รับความร้อนถึงระดับที่ลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันไม่เป็นเส้นตรง ตัวอย่างเช่นในหลอดไส้
- ในท่อวิทยุสุญญากาศและแก๊ส
- ในไดโอดและทรานซิสเตอร์
นี่คือปริมาณน้ำในช่วงเวลาหนึ่ง
ทีนี้ลองพิจารณากรณีเช่นนี้ แทนที่จะเป็นหอคอย เราจะมีภาชนะที่มีน้ำซึ่งมีการเจาะรูที่เหมือนกันสามรูที่ระดับความสูงต่างกันของเรือ เนื่องจากภาชนะของเราเต็มไปด้วยน้ำ ดังนั้นที่ด้านล่างของภาชนะจึงมีแรงดันมากกว่าบนพื้นผิว หรือโดยการเปรียบเทียบกับไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าที่ด้านล่างจะมากกว่าที่พื้นผิว
อย่างที่คุณเห็น เจ็ตด้านล่างซึ่งอยู่ใกล้กับด้านล่างมากขึ้น จะยิงได้ไกลกว่าไอพ่นกลาง และไอพ่นกลางก็ยิงได้ไกลกว่าอันบน โปรดทราบว่ารูมีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากันทุกที่ กล่าวคือเราสามารถพูดได้ว่าความต้านทานของแต่ละหลุมต่อน้ำเท่ากัน ในระยะเวลาเท่ากัน ปริมาตรน้ำที่ไหลออกจากรูต่ำสุดจะมากกว่าปริมาตรน้ำที่ไหลออกจากรูกลางและรูบนสุดมาก ปริมาณน้ำที่เรามีในช่วงเวลาหนึ่งเป็นเท่าใด? ใช่แล้ว นี่คือความแข็งแกร่งในปัจจุบัน!
แล้วเราเห็นรูปแบบอะไรตรงนี้? เมื่อพิจารณาว่าแนวต้านจะเท่ากันทุกที่ปรากฎว่า เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าก็เพิ่มขึ้นด้วย!
ฉันคิดว่าคุณแต่ละคนมี แปลงสวนที่คุณปลูกมันฝรั่ง แตงกวา และมะเขือเทศ มีที่ไหนสักแห่งใกล้กับคุณเสมอ หอเก็บน้ำ
อ่างเก็บน้ำมีไว้เพื่ออะไร? เพื่อควบคุมระดับการใช้น้ำตลอดจนสร้างแรงดันในท่อที่น้ำไหลเข้าสู่แปลงสวนของคุณ คุณเคยสังเกตไหมว่าหอคอยถูกสร้างขึ้นที่ไหนสักแห่งบนเนินเขา? เหตุใดจึงทำเช่นนี้? เพื่อสร้างแรงกดดัน สมมติว่าแปลงสวนของคุณสูงกว่ายอดอ่างเก็บน้ำ ใช่แล้ว น้ำไปไม่ถึงคุณ! ฟิสิกส์... กฎแห่งการสื่อสารของเรือ
โอเค ดูเหมือนเราจะฟุ้งซ่านแล้ว
ทุกคนในห้องครัวและห้องน้ำมีก๊อกน้ำที่น้ำไหลผ่าน คุณตัดสินใจที่จะล้างมือ ในการทำเช่นนี้ คุณจะต้องเปิดน้ำด้วยความเร็วสูงสุด และเริ่มไหลจากก๊อกน้ำเป็นกระแสอย่างรวดเร็ว:
แต่คุณไม่พอใจกับการไหลของน้ำนี้ ดังนั้นโดยการหมุนที่จับก๊อกน้ำ คุณจะลดการไหล:
เกิดอะไรขึ้น?
ด้วยการเปลี่ยนความต้านทานการไหลโดยใช้ที่จับก๊อกน้ำ คุณจึงมั่นใจได้ว่าการไหลของน้ำเริ่มไหลอ่อนมาก
เรามาเปรียบเทียบกับสถานการณ์นี้ด้วย ไฟฟ้าช็อต- แล้วเรามีอะไรบ้าง? เราไม่ได้เปลี่ยนแรงดันการไหล ที่ไหนสักแห่งในระยะไกลมีอ่างเก็บน้ำและสร้างแรงดันในท่อ เราไม่มีสิทธิแตะหอเก็บน้ำ ยิ่งรื้อถอนทิ้งมาก) ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าของเราจึงคงที่และไม่เปลี่ยนแปลง ด้วยการขันที่จับ faucet กลับเข้าที่ เราเพิ่งเปลี่ยนความต้านทานของท่อที่ใช้ผลิต faucet ;-) เราเพิ่มความต้านทาน เราทำอะไรกับการไหลของน้ำ? เธอเริ่มวิ่งช้าลงและมีจำนวนน้อยลง! นั่นคือเราสามารถพูดได้ว่าจำนวนโมเลกุลของน้ำในช่วงเวลาหนึ่งโดยที่ faucet เปิดจนสุดและปิดครึ่งหนึ่งนั้นแตกต่างกัน ;-) เอาล่ะ จำไว้ว่าปัจจุบันมีความแข็งแกร่งแค่ไหน ;-) ส่วนใครที่ลืมขอเตือนไว้ก่อน - นี่คือจำนวนอิเล็กตรอนที่ไหลผ่านหน้าตัดของตัวนำในช่วงเวลาหนึ่ง- และเกิดอะไรขึ้นกับความแข็งแกร่งในปัจจุบันนี้? เธอหดตัวแล้ว!
เราสรุป:
เมื่อความต้านทานเพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าจะลดลง
ดังนั้น. เรามีโครงการจัดหาน้ำดังต่อไปนี้:
ตอนนี้ลองจินตนาการว่าคุณกำลังรดน้ำสวนและคุณ คุณต้องเติมน้ำจากสายยางลงในถังภายใน 10 นาที- ไม่ช้าก็เร็วและไม่ช้า! ในสวนของคุณ น้ำไหลเป็นดังนี้:
สมมติว่าเรามีสายยางธรรมดาที่มาจากอ่างเก็บน้ำเพื่อนบ้านคนหนึ่งจอดรถของเขาไว้บนสายยางโดยไม่ได้ตั้งใจและกดสายยางลงเล็กน้อย
การไหลของน้ำของคุณเริ่มลดลง ไปทะเลาะกับเพื่อนบ้านเหรอ? เขาออกไปทำธุรกิจแล้ว และคุณจะไม่มีเวลาเติมถังภายใน 10 นาที จะใช้เวลามากขึ้น เป็นไปได้ยังไง? ทำไมเราไม่เปิดก๊อกน้ำหน้าอ่างเก็บน้ำให้ใหญ่ขึ้นอีกหน่อยล่ะ? และสิ่งนี้ เป็นความคิดที่ดี- เราเปิดก๊อกน้ำอย่างเต็มที่และตรวจสอบให้แน่ใจว่าระดับน้ำในหอคอยจะสูงขึ้นกว่าเดิม (แม้ว่าหอคอยจะมีการป้องกันน้ำล้นในระดับสูงสุดก็ตาม แต่เพื่อตัวอย่างเราจะข้ามจุดนี้ไป)
แต่ปัญหาไม่ได้มาคนเดียว รีเลย์ควบคุมปั๊มน้ำบนทาวเวอร์เสีย! ปั๊มสูบน้ำแล้วไม่ปิด! หอคอยล้นและการไหลของน้ำจากท่อก็ใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ ทุกวินาที! จะทำอย่างไร? เราจะเติมเต็มถังของเราตามเวลาที่กำหนด! ผ่อนคลาย. มีทางออก! ในการทำเช่นนี้เราวิ่งและปิดก๊อกน้ำเล็กน้อยเพื่อให้แน่ใจว่าน้ำจากสายยางไหลเหมือนเดิม ;-)
ตอนนี้เรามาทำการเปรียบเทียบกัน
แล้วเราจะได้อะไร? เพื่อนบ้านบดท่อซึ่งหมายความว่า ความต้านทานเพิ่มขึ้น- ดังนั้นความแข็งแกร่งในปัจจุบันของเราจึงน้อยลง เพื่อฟื้นฟูความแรงของกระแส เราได้เพิ่มแรงดันไฟฟ้าซึ่งก็คือระดับน้ำในหอคอย
จุดที่สอง:
ระดับน้ำ (แรงดันไฟฟ้า) ที่หอเก็บน้ำเริ่มเพิ่มขึ้นเนื่องจากการที่ปั๊มไม่ได้ปิดและสูบน้ำตลอดเวลา ดังนั้นการไหลของน้ำของเรา (ความแรงของกระแส) ก็เริ่มเพิ่มขึ้นด้วย เพื่อปรับความแรงในปัจจุบันให้เท่ากันเรา ความต้านทานเพิ่มขึ้น faucet ;-) จึงทำให้ระดับน้ำในหอเก็บน้ำ (แรงดันไฟ) กลับมาเป็นปกติ
แล้วคุณเห็นรูปแบบนั้นไหม? แต่นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Georg Ohm ได้เชื่อมโยงปริมาณทั้งสามนี้เข้าด้วยกัน และผลลัพธ์ที่ได้คือสูตรง่ายๆ ที่แสนเจ็บปวด:
ที่ไหน
ฉัน- นี่คือความแรงของกระแส แสดงเป็นแอมแปร์ (A)
คุณ- แรงดันไฟฟ้าแสดงเป็นโวลต์ (V)
ร- ความต้านทานแสดงเป็นโอห์ม (Ohm)
มันง่ายเหมือนสองและสองใช่ไหม? กฎนี้ตั้งชื่อตามผู้ค้นพบและเรียกว่า กฎของโอห์ม- นี่เป็นกฎหมายที่สำคัญที่สุดในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ดังนั้นคุณต้องรู้