Mối quan hệ giữa cường độ dòng điện trong một đoạn mạch và điện áp ở hai đầu đoạn mạch đó cũng được G. Ohm thiết lập và gọi là Định luật Ohm cho một đoạn mạch. Cường độ dòng điện trong phần mạch tỉ lệ thuận với điện áp ở hai đầu đoạn:
TÔI= s bạn.
Đại lượng vật lý, nghịch đảo của s,
Cho thấy diện tích này chống lại dòng điện tốt như thế nào và hóa ra bằng Điện trở của một đoạn mạch, được giới thiệu khi mô tả một mạch kín.
Định luật Ôm thường được viết dưới dạng
TÔI = bạn/R.
Đơn vị điện trở trong SI là ohm (Ohm).
Về chiều dòng điện theo lý thuyết mạch điện chiều chuyển động của các hạt tích điện dương được chấp nhận, do đó trong dây dẫn kim loại, chiều dòng điện ngược với chiều chuyển động của các electron dẫn thực sự chuyển động trong kim loại.
Kết nối nối tiếp và song song của các phần tử mạch điện
Dòng điện chạy vào hệ thống thực thông qua các yếu tố được kết nối theo nhiều cách khác nhau.
Hình 7 cho thấy một mạch bao gồm một nguồn dòng điện, một ampe kế MỘT, điện trở R và chìa khóa ĐẾN, hoàn thành mạch.
Phương pháp kết nối các phần tử của mạch điện (đầu ra của phần tử trước được kết nối với đầu vào của phần tử tiếp theo) được gọi là Nhất quán. Trong đó, điện tích chạy qua một phần tử của mạch cũng chạy qua phần tử khác nên cường độ dòng điện trong mỗi phần tử nối tiếp của mạch là như nhau:
TÔI = IR = IK = I.A. = tôi.
Cường độ dòng điện được đo bằng ampe kế, luôn được mắc nối tiếp với mạch điện.
Một phương pháp khác để kết nối các phần tử của mạch điện là song song, trong đó tất cả các đầu vào hoặc đầu cuối của các phần tử được kết nối tại một điểm. MỘT, và cuối tuần là lúc TRONG(Hình 8).
Khi tiếp cận một phần của mạch điện có sự kết nối của các phần tử như vậy, điện tích sẽ lan truyền trên chúng; giá trị hiện tại trước khi phân nhánh bằng tổng các giá trị hiện tại trong các phần tử:
TÔI = TÔI 1 + TÔI 2 +…+ TRONG.
Nếu có một dòng điện nhỏ chạy qua vôn kế, phân nhánh từ mạch chính (nó có dòng điện lớn sức đề kháng nội bộ), thì vôn kế làm biến dạng hoạt động của mạch rất ít. Số chỉ vôn kế trong trường hợp này như sau: tia cực tím = IV RV.
Vôn kế lý tưởng là vôn kế có điện trở cực đại, trong khi ampe kế lý tưởng là vôn kế có điện trở trong bằng 0.
Một đặc điểm của việc kết nối song song các phần tử là sự bằng nhau về điện áp giữa chúng, vì đối với tất cả các phần tử
bạn= j MỘT– j B.
Nếu một đoạn mạch có nhiều điện trở mắc nối tiếp thì dòng điện qua tất cả các điện trở là như nhau, điện áp trên mỗi điện trở bằng nhau IR 1, IR 2, v.v., điện áp ở cuối phần
bạn = IR 1 + IR 2 + …,
Do đó cường độ hiện tại TÔI bên ngoài một phần nhất định của mạch sẽ không thay đổi nếu phần này được thay thế bằng một điện trở
R Tổng cộng = R 1 + R 2 + … + Rn.
Nếu một đoạn mạch có điện áp bạn chứa nhiều điện trở mắc song song ở hai đầu thì cường độ dòng điện trong mỗi điện trở sao cho
TÔI 1R 1 = TÔI 2R 2 = … = bạn,
TÔI = TÔI 1 + TÔI 2 + …
Vì vậy, nếu thay phần này bằng một điện trở có điện trở
,
Khi đó dòng điện trong mạch ngoài phần này sẽ không thay đổi.
Tính toán dòng điện và điện áp trên khu vực khác nhau dây chuyền
Trong các mạch điện có sự kết nối tùy ý của các phần tử (Hình 9), cần phải:
1. Chọn các khu vực trong đó các phần tử được kết nối nối tiếp hoặc song song.
2. Thay các điện trở ở những vùng này bằng 1 điện trở, tổng điện trở R Tổng của nó sẽ không làm thay đổi cường độ dòng điện ở các phần còn lại của mạch.
3. Lặp lại các bước này một lần nữa nếu chuỗi mới được hình thành có các phần giống nhau hoặc kết nối song song các phần tử. Kết quả là mạch phải tương đương với mạch có một điện trở nối với nguồn dòng.
Nếu không có phần nào trong mạch được kết nối rõ ràng nối tiếp hoặc song song rõ ràng thì sẽ rất hữu ích khi tính đến các nguyên tắc chung sau:
1. Tổng dòng điện đi vào một nút mạch (dọc theo các nhánh khác nhau của nó) bằng tổng dòng điện đi ra khỏi nút đó.
2. Nếu một số phần tử hình thành vòng khép kín, không chứa nguồn dòng điện và chiều của dòng điện trong các phần của nó được xác định, khi đi quanh mạch điện, tổng tích của dòng điện và điện trở của từng phần riêng lẻ (có tính đến chiều của dòng điện) bằng không. Ví dụ: đối với một trang web A B C D(Hình 10)
0 = (j MỘT– j B) + (j B– j C) + (j C– j D) + (j D– j MỘT) = TÔI 1R 1 – TÔI 2R 2 + TÔI 3R 3 + TÔI 4R 4.
3. Nếu một phần của mạch điện đã biết chiều dòng điện TÔI chứa một nguồn dòng điện, thì tốt hơn nên chia phần này thành hai phần: một phần nên có nguồn dòng điện không có điện trở trong và phần kia nên có điện trở R, bằng điện trở trong của nguồn dòng. Khi đó, chênh lệch điện thế ở điểm đầu tiên trong số chúng có độ lớn bằng EMF của Nguồn hiện tại và ở điểm thứ hai, chênh lệch tiềm năng bằng tôi(có thể áp dụng điểm 2). Dấu hiệu của hiệu điện thế được chọn dựa trên thực tế là điện thế ở cực dương của nguồn dòng điện cao hơn và điện thế trên điện trở cao hơn khi có dòng điện chạy qua. Ví dụ, trong phần dây chuyền ở đầu Hình 11
J1 – j3 = (j1 – j2) + (j2 – j3) = tôi – ,
Và trên phần dây xích ở dưới cùng của Hình 11
J1 – j3 = (j1 – j2) + (j2 – j3) = – tôi – .
Do đó, điện áp đo được bằng vôn kế lý tưởng ở hai cực của nguồn dòng là bạn= nếu điện trở trong của nguồn dòng bằng 0 (Hình 12, MỘT). Trong sử dụng bình thường, khi có dòng điện chạy từ cực (+) sang cực (-) Bằng mạch ngoài, Vôn bạn = – tôi(Hình 12, B). Nếu nguồn hiện tại là pin được sạc từ một nguồn hiện tại khác (Hình 12, TRONG) để dòng điện chạy từ cực (+) đến cực (-) Bên trong nguồn hiện tại, Cái đó bạn = + tôi.
Khi điện áp ở hai cực của nguồn dòng được duy trì không đổi thì nguồn dòng được gọi là Nguồn điện áp.
4. Nếu chưa biết chiều của dòng điện trong mạch thì nên chọn tùy ý.
Việc sử dụng đúng các tính chất của mạch điện sẽ dẫn đến một hệ phương trình, giải phương trình đó sẽ xác định độ lớn và hướng của dòng điện. Do đó, nếu cường độ dòng điện âm, thì trong phần này của mạch, dòng điện chạy theo hướng ngược lại với hướng đã chọn ban đầu.
Đây là lượng nước trong một khoảng thời gian nhất định.
Bây giờ chúng ta hãy xem xét một trường hợp như vậy. Thay vì một cái tháp, chúng ta sẽ có một bình chứa nước trong đó ba lỗ giống nhau được đục ở các độ cao khác nhau của bình. Vì bình của chúng ta chứa đầy nước nên ở đáy bình áp suất sẽ lớn hơn trên bề mặt. Hoặc, tương tự với điện, điện áp ở phía dưới sẽ lớn hơn ở bề mặt của nó.
Như bạn có thể thấy, tia phía dưới, gần phía dưới hơn, bắn xa hơn tia ở giữa. Và tia ở giữa bắn xa hơn tia trên. Xin lưu ý rằng các lỗ có cùng đường kính ở mọi nơi. Nghĩa là, chúng ta có thể nói rằng lực cản nước của mỗi lỗ là như nhau. Trong cùng một khoảng thời gian, thể tích nước chảy ra từ lỗ dưới cùng lớn hơn nhiều so với thể tích nước chảy ra từ lỗ giữa và lỗ trên cùng. Thể tích nước chúng ta có trong một khoảng thời gian là bao nhiêu? Vâng, đây là sức mạnh hiện tại!
Vậy chúng ta thấy mô hình nào ở đây? Xét rằng điện trở ở mọi nơi là như nhau, hóa ra Khi điện áp tăng thì dòng điện cũng tăng!
Tôi nghĩ mỗi bạn đều có mảnh vườn, nơi bạn trồng khoai tây, dưa chuột và cà chua. Luôn có một nơi nào đó gần gũi với bạn Tháp nước
Tháp nước dùng để làm gì? Chà, để kiểm soát mức tiêu thụ nước, cũng như tạo áp lực trong các đường ống dẫn nước đến khu vườn của bạn. Bạn có bao giờ nhận thấy rằng một tòa tháp được xây dựng ở đâu đó trên một ngọn đồi không? Tại sao việc này lại được thực hiện? Để tạo áp lực. Chà, giả sử mảnh vườn của bạn cao hơn đỉnh tháp nước. Vâng, đơn giản là nước sẽ không đến được với bạn! Vật lý... định luật giao tiếp của mạch máu.
Được rồi, có vẻ như chúng ta đã bị phân tâm.
Mọi người trong nhà bếp và phòng tắm đều có một vòi để nước chảy qua. Bạn quyết định rửa tay. Để làm điều này, bạn bật nước ở tốc độ tối đa và nó bắt đầu chảy thành dòng nhanh từ vòi:
Nhưng bạn không hài lòng với dòng nước này nên bằng cách xoay tay cầm vòi, bạn sẽ giảm dòng chảy:
Chuyện gì vừa xảy ra vậy?
Bằng cách thay đổi lực cản dòng chảy bằng tay cầm vòi, bạn đảm bảo rằng dòng nước bắt đầu chảy rất yếu.
Hãy vẽ một sự tương tự với tình huống này với dòng điện. Vậy chúng ta có gì? Chúng tôi đã không thay đổi điện áp dòng chảy. Đâu đó phía xa có một tháp nước và tạo ra áp lực trong đường ống. Chúng ta không có quyền chạm vào tháp nước chứ đừng nói đến việc phá bỏ nó). Do đó, điện áp của chúng tôi không đổi và không thay đổi. Bằng cách vặn lại tay cầm vòi, chúng ta vừa thay đổi điện trở của đường ống tạo ra vòi ;-). Chúng tôi đã tăng sức đề kháng. Chúng ta đã làm gì với dòng nước? Cô ấy bắt đầu chạy chậm hơn và có ít người hơn! Tức là, chúng ta có thể nói rằng số lượng phân tử nước trong một khoảng thời gian với vòi mở hoàn toàn và vòi đóng một nửa hóa ra là khác nhau ;-). Chà, hãy nhớ sức mạnh hiện tại là gì ;-) Đối với những người đã quên, hãy để tôi nhắc bạn - đây là số lượng electron chạy qua tiết diện của dây dẫn trong một khoảng thời gian nhất định. Và điều gì đã xảy ra với chúng tôi với sức mạnh hiện tại? Cô ấy đã bị thu nhỏ lại!
Chúng tôi kết luận:
Khi điện trở tăng thì dòng điện giảm.
Vì thế. Ta có sơ đồ cấp nước như sau:
Bây giờ hãy tưởng tượng rằng bạn đang tưới vườn và bạn bạn cần đổ đầy nước từ vòi vào một xô trong 10 phút. Không sớm hơn một giây và không muộn hơn! Trong khu vườn của bạn, dòng nước chảy như thế này:
Giả sử chúng ta có một ống cao su đơn giản nối từ tháp nước.Người hàng xóm vô tình đỗ xe ngay trên vòi và ấn nhẹ xuống
Lưu lượng nước của bạn đã bắt đầu giảm. Đi tranh cãi với hàng xóm của bạn? Anh ấy đã đi công tác và bạn sẽ không có thời gian để đổ đầy thùng trong 10 phút nữa. Nó sẽ mất nhiều thời gian hơn. Làm sao để? Tại sao chúng ta không mở vòi trước tháp nước lớn hơn một chút nhỉ? Và cái này ý tưởng tốt! Chúng tôi mở vòi hết mức và đảm bảo rằng mực nước trong tháp trở nên cao hơn trước (mặc dù các tháp có bảo vệ chống tràn ở bất kỳ mức tối đa nào, nhưng vì ví dụ, chúng tôi sẽ bỏ qua điểm này).
Nhưng rắc rối không đến một mình. Rơle điều khiển máy bơm nước trên tháp bị hỏng! Máy bơm bơm nước và không tắt! Tòa tháp đang tràn nước và dòng nước từ vòi ngày càng lớn hơn mỗi giây! Phải làm gì? Chúng tôi sẽ đổ đầy thùng của mình trong thời gian quy định cho chúng tôi! Thư giãn. Có một lối ra! Để thực hiện, chúng ta chạy và tắt vòi một chút, đảm bảo dòng nước từ vòi vẫn chảy như trước ;-).
Bây giờ chúng ta hãy thực hiện một sự tương tự.
Vì vậy, chúng ta có được những gì? Người hàng xóm bóp nát cái vòi, nghĩa là tăng sức đề kháng. Vì vậy, sức mạnh hiện tại của chúng tôi đã trở nên ít đi. Để khôi phục cường độ dòng điện, chúng tôi đã tăng điện áp, tức là mực nước trong tháp.
Điểm thứ hai:
Mực nước (điện áp) tại tháp nước bắt đầu tăng do máy bơm không tắt và bơm nước liên tục. Vì vậy, lưu lượng nước (cường độ dòng điện) của chúng tôi cũng bắt đầu tăng lên. Để cân bằng sức mạnh hiện tại, chúng tôi tăng sức đề kháng vòi ;-), từ đó đưa mực nước trong tháp nước (điện áp) trở lại bình thường.
Vâng, bạn có thấy mô hình không? Nhưng nhà vật lý người Đức Georg Ohm đã kết nối ba đại lượng này với nhau và kết quả là một công thức cực kỳ đơn giản:
Ở đâu
TÔI- đây là cường độ hiện tại, được biểu thị bằng Ampe (A)
bạn- điện áp, tính bằng Vôn (V)
R- điện trở, biểu thị bằng Ohms (Ohm)
Chà, nó đơn giản như hai và hai phải không? Định luật này được đặt theo tên của người phát hiện ra nó và được gọi là Định luật Ohm. Đây là định luật quan trọng nhất trong điện tử và do đó bạn PHẢI biết nó.
§ 16. LUẬT OMA
Mối quan hệ giữa e. d. với, điện trở và cường độ dòng điện trong mạch kín được biểu thị bằng định luật Ohm, có thể biểu diễn như sau: Cường độ dòng điện trong mạch kín tỉ lệ thuận với suất điện động và tỉ lệ nghịch với điện trở của toàn mạch.
Dòng điện chạy trong mạch dưới tác dụng của e. d.s; càng nhiều e. d.s. nguồn năng lượng thì dòng điện trong mạch kín càng lớn. Do đó, điện trở của mạch ngăn cản dòng điện chạy qua sức đề kháng nhiều hơn mạch thì dòng điện càng nhỏ.
Định luật Ohm có thể được biểu diễn bằng công thức sau:
trong đó r là điện trở của phần ngoài của mạch,
r 0 - điện trở của phần bên trong mạch điện.
Trong các công thức này, cường độ dòng điện được biểu thị bằng ampe, e. d.s. - tính bằng volt, điện trở - tính bằng ohm.
Để biểu thị dòng điện nhỏ, thay vì dùng ampe, người ta sử dụng đơn vị nhỏ hơn ampe một nghìn lần, gọi là miliampe ( mẹ); 1 MỘT - 1000 mẹ.
Điện trở toàn mạch:
Nếu dưới ảnh hưởng của e. d.s. trong 1 V. trong mạch kín có dòng điện 1 chạy MỘT, thì điện trở của mạch như vậy là 1 om, tức là 1 ohm =
Định luật Ohm không chỉ có giá trị đối với toàn bộ mạch điện mà còn đúng với bất kỳ phần nào của nó.
Nếu một phần của mạch điện không chứa nguồn năng lượng thì các điện tích dương trong phần đó sẽ di chuyển từ điểm có điện thế cao hơn đến điểm có điện thế thấp hơn. Nguồn năng lượng tiêu tốn một lượng năng lượng nhất định để duy trì hiệu điện thế giữa phần đầu và phần cuối của phần này. Sự khác biệt tiềm năng này được gọi là điện áp giữa đầu và cuối phần được đề cập.
Do đó, áp dụng định luật Ohm cho một phần của mạch điện, chúng ta thu được:
Định luật Ohm có thể được phát biểu như sau: Cường độ dòng điện trong một đoạn mạch điện bằng hiệu điện thế tại các cực của đoạn mạch đó chia cho điện trở của nó.
Điện áp trên một phần của mạch bằng tích của dòng điện và điện trở của phần đó, tức là. U = Ir.
Từ biểu thức định luật Ôm cho mạch kín ta thu được
Ở đâu tôi. - Điện trở giảm r., tức là trong mạch ngoài, hay nói cách khác là điện áp ở các cực của nguồn năng lượng (máy phát) U,
tôi 0 - điện trở giảm r 0., tức là bên trong nguồn năng lượng (máy phát điện); nó xác định một phần của e. d.s, được dùng để dẫn dòng điện qua điện trở trong của nguồn năng lượng.
Để đo cường độ dòng điện trong mạch, người ta dùng một thiết bị gọi là ampe kế(milimét). Điện áp, như đã đề cập ở trên, được đo bằng vôn kế. Ký hiệu của ampe kế và vôn kế được thể hiện trên hình 2. 15, A. Để bật ampe kế, mạch dòng điện bị ngắt và tại điểm đứt, các đầu dây được nối với các cực của ampe kế (Hình 15, b). Do đó, toàn bộ dòng điện đo được sẽ đi qua thiết bị; sự bao gồm như vậy được gọi là nhất quán. Vôn kế được nối vào đầu và cuối của một đoạn mạch điện; mối nối này của vôn kế được gọi là song song. Vôn kế hiển thị sự sụt giảm điện áp trong một khu vực nhất định. Nếu vôn kế được nối vào đầu 
mạch ngoài - đến cực dương của nguồn năng lượng và đến cuối mạch ngoài - đến cực âm của nguồn năng lượng thì sẽ xuất hiện hiện tượng sụt áp trên toàn bộ mạch ngoài, đồng thời sẽ là hiện tượng sụt áp điện áp tại các cực của nguồn năng lượng.
Điện áp ở các cực của nguồn năng lượng (máy phát điện) bằng chênh lệch giữa emf. và điện áp rơi trên điện trở trong của nguồn này, tức là
U=E – Ir 0(25)
Nếu giảm điện trở mạch ngoài r, khi đó điện trở của toàn mạch r + r 0 cũng sẽ giảm và dòng điện trong mạch sẽ tăng. Khi dòng điện tăng, điện áp giảm bên trong nguồn năng lượng ( Ir 0) sẽ tăng do điện trở trong r 0 nguồn năng lượng không thay đổi. Do đó, khi điện trở của mạch ngoài giảm, điện áp ở các cực của nguồn năng lượng cũng giảm. Nếu các cực của nguồn năng lượng được nối với một dây dẫn có điện trở gần bằng 0 thì dòng điện trong mạch I = .
Biểu thức này xác định dòng điện tối đa có thể đạt được trong mạch của một nguồn nhất định.
Nếu điện trở của mạch ngoài thực tế bằng 0 thì chế độ này được gọi là ngắn mạch.
Đối với các nguồn năng lượng có điện trở trong thấp, ví dụ dùng cho máy phát điện (máy điện) và ắc quy axit, ngắn mạchĐiều này rất nguy hiểm - nó có thể vô hiệu hóa các nguồn này.
Đoản mạch xảy ra khá thường xuyên, chẳng hạn như do sự cố cách điện của dây nối máy thu với nguồn điện. Không có vỏ cách điện, các dây tuyến tính bằng kim loại (thường là đồng), khi tiếp xúc với nhau, tạo thành một điện trở rất nhỏ, so với điện trở của máy thu, có thể lấy bằng 0.
Để bảo vệ các thiết bị điện khỏi dòng điện ngắn mạch, nhiều thiết bị an toàn khác nhau được sử dụng.
Ví dụ 1. Pin có thể sạc lại với e. d.s. 42 V. và điện trở trong 0,2 omđóng với một máy thu năng lượng có điện trở 4 om. Xác định cường độ dòng điện và điện áp ở các cực của ắc quy.
Ví dụ 2. Pin axit có e. d.s. 2 V. và điện trở trong - r 0 = 0,05 om Khi nối một điện trở ngoài vào pin, dòng điện 4 MỘT. Xác định điện trở của mạch ngoài.
Ví dụ 3. Máy phát điện dòng điện một chiều có điện trở trong là 0,3 om. Xác định đ. d.s. máy phát điện, nếu khi bạn bật nó vào bộ thu năng lượng có điện trở 27,5 omĐiện áp được đặt ở đầu cực máy phát là 110 V..
Dòng điện chạy trong mạch kín có thể được xác định từ biểu thức sau:
E, d.s. máy phát điện bằng:
E=U+Ir=110+4 0,3=111,2 V..
Ví dụ 4. Pin của pin axit với e. d.s. 220 V. và điện trở trong 0,5 om hóa ra là bị chập mạch. Xác định dòng điện trong mạch.
Vì đối với loại pin được nêu trong ví dụ trong quá trình xả bình thường (mười giờ), dòng điện là 3,6 MỘT, thì dòng điện là 440 MỘT chắc chắn là nguy hiểm cho tính toàn vẹn của pin.
Georg Simon Ohm bắt đầu nghiên cứu của mình lấy cảm hứng từ tác phẩm nổi tiếng của Jean Baptiste Fourier, “Lý thuyết phân tích nhiệt”. Trong công trình này, Fourier biểu diễn dòng nhiệt giữa hai điểm dưới dạng chênh lệch nhiệt độ và sự thay đổi dòng nhiệt gắn liền với việc anh ta vượt qua chướng ngại vật hình dạng không đều làm bằng vật liệu cách nhiệt. Tương tự, Ohm gây ra sự xuất hiện của dòng điện bởi sự chênh lệch điện thế.
Dựa trên điều này, Om bắt đầu thử nghiệm với Vật liệu khác nhau Nhạc trưởng. Để xác định độ dẫn điện của chúng, ông nối chúng nối tiếp và điều chỉnh độ dài của chúng sao cho cường độ dòng điện bằng nhau trong mọi trường hợp.
Điều quan trọng đối với các phép đo như vậy là chọn dây dẫn có cùng đường kính. Ohm, đo độ dẫn điện của bạc và vàng, thu được kết quả mà theo dữ liệu hiện đại là không chính xác. Do đó, dây dẫn bạc Ohm dẫn điện ít hơn vàng. Bản thân Om đã giải thích điều này bằng cách nói rằng dây dẫn bạc của ông đã được phủ một lớp dầu và vì điều này, rõ ràng thí nghiệm đã không cho kết quả chính xác.
Tuy nhiên, đây không phải là vấn đề duy nhất mà các nhà vật lý lúc đó đang tham gia vào các thí nghiệm tương tự với điện gặp phải. Khó khăn lớn trong việc thu được vật liệu nguyên chất không lẫn tạp chất cho thí nghiệm và khó khăn trong việc hiệu chỉnh đường kính dây dẫn đã làm sai lệch kết quả thử nghiệm. Một trở ngại lớn hơn nữa là cường độ dòng điện liên tục thay đổi trong quá trình thử nghiệm vì nguồn dòng có thể thay đổi. nguyên tố hóa học. Trong những điều kiện như vậy, Ohm rút ra sự phụ thuộc logarit của dòng điện vào điện trở của dây.
Một lát sau, nhà vật lý người Đức Poggendorff, người chuyên về điện hóa, đề nghị Ohm thay thế các nguyên tố hóa học bằng cặp nhiệt điện làm từ bismuth và đồng. Om lại bắt đầu thí nghiệm của mình. Lần này anh sử dụng một thiết bị nhiệt điện chạy bằng hiệu ứng Seebeck làm pin. Với nó, ông nối thành dãy 8 dây dẫn đồng có cùng đường kính nhưng có độ dài khác nhau. Để đo dòng điện, Ohm treo một kim từ tính lên trên dây dẫn bằng một sợi kim loại. Dòng điện chạy song song với mũi tên này đã dịch chuyển nó sang một bên. Khi điều này xảy ra, nhà vật lý đã xoắn sợi chỉ cho đến khi mũi tên quay trở lại vị trí ban đầu. Dựa vào góc xoắn của sợi dây, người ta có thể đánh giá giá trị của dòng điện.
Là kết quả của một thí nghiệm mới, Ohm đã đạt được công thức:
X = a / b + l
Đây X– cường độ từ trường Dây điện, tôi- chiều dài dây, Một- điện áp nguồn không đổi, b – hằng số điện trở phần tử còn lại của chuỗi.
Nếu bạn chuyển sang thuật ngữ hiện đạiđể mô tả công thức này, chúng ta hiểu rằng X- cường độ hiện tại, MỘT – nguồn EMF, b + l- tổng điện trở mạch.
Định luật Ohm cho một đoạn mạch
Định luật Ohm đối với một phần riêng biệt của mạch nêu rõ: cường độ dòng điện trong một phần của mạch tăng khi điện áp tăng và giảm khi điện trở của phần này tăng.
Tôi=U/R
Dựa vào công thức này, chúng ta có thể quyết định rằng điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào hiệu điện thế. Từ quan điểm toán học, điều này đúng, nhưng từ quan điểm vật lý, nó sai. Công thức này chỉ áp dụng để tính điện trở trên một phần riêng biệt của mạch điện.
Như vậy, công thức tính điện trở dây dẫn sẽ có dạng:
R = p ⋅ l / s
Định luật Ohm cho mạch điện hoàn chỉnh
Sự khác biệt giữa định luật Ohm chuỗi hoàn chỉnh từ định luật Ohm đối với một đoạn mạch điện là bây giờ chúng ta phải tính đến hai loại điện trở. Đây là “R” điện trở của tất cả các thành phần của hệ thống và “r” điện trở trong của nguồn điện động. Do đó công thức có dạng:
Tôi = U / R + r
Định luật Ohm cho dòng điện xoay chiều
Dòng điện xoay chiều khác với dòng điện một chiều ở chỗ nó thay đổi trong khoảng thời gian nhất định. Cụ thể, nó thay đổi ý nghĩa và hướng của nó. Để áp dụng định luật Ohm ở đây, bạn cần lưu ý rằng điện trở trong mạch có dòng điện một chiều có thể khác với điện trở trong mạch có dòng điện xoay chiều. Và nó sẽ khác nếu các thành phần có điện kháng được sử dụng trong mạch. Điện kháng có thể là điện cảm (cuộn dây, máy biến áp, cuộn cảm) hoặc điện dung (tụ điện).
Chúng ta hãy thử tìm hiểu sự khác biệt thực sự giữa điện trở phản kháng và điện trở hoạt động trong mạch có dòng điện xoay chiều. Bạn hẳn đã hiểu rằng giá trị của điện áp và dòng điện trong mạch như vậy thay đổi theo thời gian và nói một cách đại khái là có dạng sóng.
Nếu chúng ta vẽ sơ đồ hai giá trị này thay đổi như thế nào theo thời gian, chúng ta sẽ có được một sóng hình sin. Cả điện áp và dòng điện đều tăng từ 0 đến giá trị tối đa, sau đó giảm xuống, vượt qua 0 và đạt giá trị âm tối đa. Sau đó, chúng lại tăng từ 0 đến giá trị tối đa, v.v. Khi người ta nói rằng dòng điện hoặc điện áp âm, điều đó có nghĩa là nó chuyển động theo hướng ngược lại.
Toàn bộ quá trình xảy ra với một tần số nhất định. Điểm mà giá trị điện áp hoặc dòng điện từ giá trị tối thiểu tăng lên giá trị tối đa đi qua 0 được gọi là pha.
Thực chất đây chỉ là lời mở đầu. Hãy quay trở lại kháng cự phản ứng và kháng cự chủ động. Sự khác biệt là trong mạch có điện trở hoạt động, pha dòng điện trùng với pha điện áp. Nghĩa là, cả giá trị hiện tại và giá trị điện áp đều đạt cực đại theo một hướng cùng một lúc. Trong trường hợp này, công thức tính điện áp, điện trở hoặc dòng điện của chúng tôi không thay đổi.
Nếu mạch có điện kháng thì pha của dòng điện và điện áp lệch nhau ¼ chu kỳ. Điều này có nghĩa là khi dòng điện đạt giá trị cực đại thì điện áp sẽ bằng 0 và ngược lại. Khi sử dụng điện kháng cảm ứng, pha điện áp sẽ "vượt qua" pha hiện tại. Khi đặt điện dung vào, pha hiện tại sẽ "vượt qua" pha điện áp.
Công thức tính điện áp rơi trên điện kháng:
U = I ⋅ ωL
Ở đâu L là độ tự cảm của phản ứng và ω – tần số góc (đạo hàm theo thời gian của pha dao động).
Công thức tính điện áp rơi trên điện dung:
U = I / ω ⋅ C
VỚI- điện dung phản kháng.
Hai công thức này là trường hợp đặc biệt của định luật Ohm đối với mạch biến thiên.
Cái hoàn chỉnh sẽ trông như thế này:
Tôi=U/Z
Đây Z – trở kháng mạch biến thiênđược gọi là trở kháng.
Phạm vi ứng dụng
Định luật Ohm không phải là định luật cơ bản trong vật lý, nó chỉ là sự phụ thuộc thuận tiện của một số giá trị vào các giá trị khác, phù hợp trong hầu hết mọi tình huống thực tế. Vì vậy, sẽ dễ dàng hơn khi liệt kê các tình huống mà luật pháp có thể không có tác dụng:
- Nếu có quán tính của các hạt mang điện, ví dụ như trong một số điện trường tần số cao;
- Trong chất siêu dẫn;
- Nếu dây nóng lên đến mức đặc tính dòng điện-điện áp không còn tuyến tính. Ví dụ, trong đèn sợi đốt;
- Trong các ống vô tuyến chân không và khí;
- Trong điốt và bóng bán dẫn.
Bất cứ mạch điện nào cũng nhất thiết phải có một nguồn năng lượng điện và người kế vị của cô ấy. Ví dụ, hãy xem xét một mạch điện đơn giản bao gồm pin và bóng đèn sợi đốt.
Pin là nguồn năng lượng điện, bóng đèn là thiết bị thu của nó. Có sự chênh lệch điện thế (+ và -) giữa các cực của nguồn điện; khi mạch điện đóng, quá trình cân bằng của nó bắt đầu dưới tác dụng của suất điện động, viết tắt là EMF. Dòng điện chạy qua mạch điện, thực hiện công - đốt nóng hình xoắn ốc của bóng đèn, hình xoắn ốc bắt đầu phát sáng.
Bằng cách này, năng lượng điện được chuyển đổi thành năng lượng nhiệt và năng lượng ánh sáng.
Dòng điện (J) là chuyển động có trật tự của các hạt tích điện, trong trường hợp này là các electron.
Các electron mang điện tích âm nên chuyển động của chúng hướng về cực dương (+) của nguồn điện.
Trong trường hợp này, một trường điện từ luôn được hình thành, lan truyền từ nguồn (+) sang (-) (theo hướng chuyển động của các electron) thông qua một mạch điện với tốc độ ánh sáng. Theo truyền thống, người ta tin rằng dòng điện (J) di chuyển từ cực dương (+) sang cực âm (-).
Có trật tự chuyển động của các electron thông qua mạng tinh thể một chất là chất dẫn điện không thể truyền qua mà không bị cản trở. Các electron tương tác với các nguyên tử của một chất, làm cho nó nóng lên. Như vậy chất này có sức chống cự(R) chảy qua nó, dòng điện. Và giá trị điện trở càng lớn, ở cùng một giá trị hiện tại thì hệ thống sưởi càng mạnh.
Điện trở là giá trị đặc trưng cho điện trở của mạch điện (hoặc phần của nó) đối với dòng điện, được đo bằng Omaha. Điện Vôn(U) - độ lớn hiệu điện thế của nguồn dòng điện. Điện Vôn(U), điện sức chống cự(R), điện hiện hành(J) là những tính chất cơ bản của mạch điện đơn giản nhất; chúng có mối quan hệ nhất định với nhau.
| Vôn. | ||
| Sức chống cự. | ||
| Sức mạnh hiện tại. | ||
| Quyền lực. | ||
Sử dụng máy tính Định luật Ohm ở trên, bạn có thể dễ dàng tính toán các giá trị dòng điện, điện áp và điện trở của bất kỳ máy thu năng lượng điện nào. Ngoài ra, bằng cách thay thế các giá trị điện áp và dòng điện, bạn có thể xác định công suất của nó và ngược lại.
Ví dụ, bạn cần tìm hiểu dòng điện tiêu thụ. ấm đun nước, công suất 2,2 kW.
Trong cột "Điện áp", chúng tôi thay thế giá trị điện áp của mạng bằng vôn - 220.
Trong cột "Nguồn", tương ứng, nhập giá trị công suất tính bằng watt 2200 (2,2 kW) Nhấn nút "Tìm hiểu cường độ hiện tại" - chúng tôi nhận được kết quả tính bằng ampe - 10. Sau đó, nếu bạn nhấn nút "Điện trở", Ngoài ra, bạn cũng có thể tìm hiểu điện trở của ấm đun nước của chúng tôi trong quá trình hoạt động - 22 ohms.
Sử dụng máy tính ở trên, bạn có thể dễ dàng tính toán tổng giá trị điện trở cho hai điện trở mắc song song.
Định luật thứ hai của Kirchhoff phát biểu: trong một mạch điện kín, tổng đại số của suất điện động bằng tổng đại số của độ sụt điện áp trong các phần riêng lẻ của mạch. Theo định luật này, đối với mạch điện như hình bên dưới, chúng ta có thể viết:
R vòng =R 1 +R 2
Đó là khi kết nối nối tiếp các phần tử của mạch, tổng điện trở của mạch bằng tổng điện trở của các phần tử cấu thành nó và điện áp phân bố giữa chúng, tỷ lệ thuận với điện trở của từng phần tử.
Ví dụ, trong Vòng hoa năm mới gồm 100 bóng đèn nhỏ giống hệt nhau, mỗi bóng đèn được thiết kế cho điện áp 2,5 volt, được nối vào mạng 220 volt, mỗi bóng đèn sẽ có hiệu điện thế 220/100 = 2,2 volt.
Và tất nhiên, trong hoàn cảnh này cô ấy sẽ làm việc vui vẻ mãi mãi.
Dòng điện xoay chiều.
Dòng điện xoay chiều, không giống như dòng điện một chiều, không có hướng cố định. Ví dụ, trong điện gia dụng thông thường. mạng 220 volt 50 hertz, cộng và trừ thay đổi vị trí 50 lần mỗi giây. Định luật Ohm và Kirchhoff đối với mạch điện một chiều cũng có thể áp dụng cho mạch điện xoay chiều, nhưng chỉ đối với máy thu điện có tích cực sức đề kháng ở dạng nguyên chất, tức là ở dạng khác nhau yếu tố làm nóng và bóng đèn sợi đốt.
Hơn nữa, mọi tính toán đều được thực hiện bằng có hiệu lực giá trị dòng điện và điện áp. Giá trị lực hiệu quả Dòng điện xoay chiều về số lượng tương đương hiệu ứng nhiệt nguồn điện một chiều. Giá trị hiệu dụng Jbiến = 0,707*Jhằng số Giá trị hiệu dụng Khả biến = 0,707*Không đổi Ví dụ: trên mạng gia đình của chúng tôi hiện hành nghĩa điện xoay chiều - 220 vôn, và giá trị (biên độ) tối đa của nó = 220*(1 / 0,707) = 310 volt.
Vai trò của định luật Ohm và Kirchhoff trong đời sống hàng ngày của thợ điện.
Thực hiện của bạn hoạt động lao động, một thợ điện (hoàn toàn là bất kỳ ai và tất cả mọi người), hàng ngày phải đối mặt với hậu quả của những luật và quy tắc cơ bản này, người ta có thể nói, sống trong thực tế của chúng. Anh ấy có sử dụng không kiến thức lý thuyết, thu được rất khó khăn trong nhiều cơ sở giáo dục, cho thói quen hàng ngày trách nhiệm lao động?
Như một quy luật - không! Thông thường, nó rất đơn giản - đơn giản, trong trường hợp không có nhu cầu - để làm điều đó.
Vì công việc hàng ngày một thợ điện bình thường, hoàn toàn không bao gồm những tính toán trong đầu mà trái lại, là những hành động thể chất rõ ràng, được mài dũa trong nhiều năm. Điều này không có nghĩa là bạn không cần phải suy nghĩ gì cả. Hoàn toàn ngược lại - xét cho cùng, hậu quả của những hành động hấp tấp trong nghề này đôi khi rất đắt giá.
Đôi khi trong số các thợ điện có những nhà thiết kế nghiệp dư, nhưng hầu hết họ đều là những người đổi mới. Đôi khi, những người này sử dụng kiến thức lý thuyết mà họ có vào mục đích tốt để phát triển và chế tạo các thiết bị khác nhau, cho cả mục đích cá nhân và vì lợi ích sản xuất bản địa của họ. Nếu không có kiến thức về định luật Ohm và Kirchhoff thì việc tính toán các mạch điện tạo nên mạch điện của thiết bị tương lai là hoàn toàn không thể thực hiện được.
Nhìn chung, chúng ta có thể nói rằng định luật Ohm và Kirchhoff giống như một “công cụ” của kỹ sư thiết kế hơn là của thợ điện.