Elektrivoolu ja ohtlikku pinget ei ole kuulda (v.a kõrgepingeliinide ja elektripaigaldiste kolisemine). Pingestatud pinge all olevad osad ei erine välimuselt millegi poolest.
Lõhna järgi on neid võimatu ära tunda ja need ei erine tavalistes töörežiimides kõrgendatud temperatuuri poolest. Kuid ühendame tolmuimeja vaikse ja vaikse pistikupessa, keerame lülitit – ja energia näib tulevat eikusagilt, iseenesest, materialiseerudes müra ja kokkusurumise kujul kodumasina sees.
Jällegi, kui torkame pistikupesadesse kaks naela ja haarame neist kinni, siis sõna otseses mõttes tunneme kogu kehaga elektrivoolu olemasolu reaalsust ja objektiivsust. Loomulikult ei soovita seda teha. Tolmuimeja ja naelte näited näitavad aga selgelt, et elektrotehnika põhiseaduste õppimine ja mõistmine soodustab majapidamises elektriga ümberkäimisel ohutust ning välistab elektrivoolu ja pingega seotud ebausklikud eelarvamused.
Niisiis, vaatame ühte, kõige väärtuslikumat elektrotehnika seadust, mida on kasulik teada. Ja me püüame seda teha võimalikult populaarsel kujul.
Ohmi seaduse avastamine
1827. aastal sõnastas saksa füüsik Georg Simon Ohm seaduse, mis käsitleb elektrivoolu suurust, aku elektromotoorjõudu ja akust ja seda jadamisi ühendavate erinevate juhtide poolustest koosneva lihtsa elektriahela takistust. Lisaks avastas ta, et erinevad ained pakuvad erinevat takistust elektrivoolule.
Ohm tegi eksperimentaalselt kindlaks, et mitmest erineva takistusega juhtmega sektsioonist koosnevas jadaahelas on vool kõigis sektsioonides sama, erinev on ainult juhtide potentsiaalide erinevus, mida Ohm nimetas "pingelanguks".
Ohmi seaduse avastamine oli väga oluline etapp elektriliste ja magnetiliste nähtuste uurimisel, millel oli suur praktiline tähendus. Ohmi ja Kirchhoffi seadused, mis avastati hiljem, võimaldasid esimest korda teha elektriahelate arvutusi ja moodustasid aluse kujunevale elektrotehnikale.
Ohmi seaduste tüübid
1. Ohmi seaduse kirjutamise diferentsiaalvorm
Elektrotehnika kõige olulisem seadus on loomulikult Ohmi seadus. Selle olemasolust teavad isegi inimesed, kellel pole elektrotehnikaga mingit pistmist. Kuid vahepeal tekkis küsimus "Kas sa tead Ohmi seadust?" tehnikaülikoolides on see lõks ülbetele ja üleolevatele tudengitele. Seltsimees vastab muidugi, et tunneb Ohmi seadust väga hästi, ja siis pöördutakse tema poole palvega anda see seadus diferentseeritud kujul. Siit selgub, et gümnaasiumiõpilasel või esmakursuslasel on veel palju õppimist ees.
Kuid Ohmi seaduse diferentsiaalvorm on praktikas peaaegu rakendamatu. See peegeldab seost voolutiheduse ja väljatugevuse vahel:
kus G on ahela juhtivus; E - elektrivoolu intensiivsus.
Kõik need on katsed väljendada, võttes arvesse ainult juhi materjali füüsikalisi omadusi, võtmata arvesse selle geomeetrilisi parameetreid (pikkus, läbimõõt jne). Ohmi seaduse kirjutamise diferentsiaalvorm on puhas teooria, mille tundmine igapäevaelus ei ole üldse vajalik.
2. Ohmi seaduse kirjutamise integraalvorm vooluringi lõigu jaoks
Teine asi on märke lahutamatu vorm. Sellel on ka mitu sorti. Kõige populaarsem neist on Ohmi seadus vooluringi sektsiooni jaoks: I=U/R
Teisisõnu, voolutugevus vooluahela sektsioonis on alati suurem, mida suurem on sellele lõigule rakendatav pinge ja seda väiksem on selle sektsiooni takistus.
Seda Ohmi seaduse "tüüpi" peab lihtsalt meelde jätma igaüks, kes peab vähemalt mõnikord elektriga tegelema. Õnneks on sõltuvus üsna lihtne. Võrgu pinget võib ju pidada konstantseks.
Pistikupesa jaoks on see 220 volti. Seetõttu selgub, et voolutugevus ahelas sõltub ainult pistikupesaga ühendatud vooluahela takistusest. Siit ka lihtne moraal: seda vastupanu tuleb jälgida.
Lühised, mida kõik kuulevad, tekivad just välise vooluahela madala takistuse tõttu. Oletame, et harukarbi juhtmete vale ühendamise tõttu on faasi- ja nulljuhtmed omavahel otse ühendatud. Siis väheneb vooluahela sektsiooni takistus järsult peaaegu nullini ja ka vool suureneb järsult väga suure väärtuseni.
Kui elektrijuhtmestik on õigesti tehtud, siis see töötab, kuid kui seda pole või see on vigane või valesti valitud, ei tule juhe suurenenud vooluga toime, kuumeneb, sulab ja võib põhjustada tulekahju.
Kuid juhtub, et põhjuseks on seadmed, mis on ühendatud ja on olnud kasutusel üle ühe tunni. Tüüpiline juhtum on ventilaator, mille mootori mähised on labade kinnikiilumise tõttu üle kuumenenud.
Mootori mähiste isolatsioon ei ole mõeldud tõsiseks kütmiseks, see muutub kiiresti kasutuskõlbmatuks. Selle tulemusena tekivad lülidevahelised lühised, mis vähendavad takistust ja toovad Ohmi seaduse kohaselt kaasa ka voolu suurenemise.
Suurenenud vool muudab omakorda mähiste isolatsiooni täiesti kasutuskõlbmatuks ja tekib mitte katkestus, vaid tõeline täielik lühis. Vool liigub lisaks mähistele otse faasijuhtmest nulljuhtmesse. Tõsi, kõik eelnev saab juhtuda vaid väga lihtsa ja odava ventilaatoriga, mis pole varustatud termokaitsega.
Petuleht Ohmi seaduse kohta keti lõigu kohta:
Ohmi seadus vahelduvvoolu kohta
Tuleb märkida, et Ohmi seaduse ülaltoodud tähistus kirjeldab konstantse pingega ahela lõiku. Vahelduvpingevõrkudes on täiendav reaktants ja kogutakistus võtab aktiiv- ja reaktantsi ruutude summa ruutjuure väärtuse.
Vahelduvvooluahela sektsiooni Ohmi seadus on kujul: I=U/Z,
kus Z on ahela kogutakistus.
Kuid kõrge reaktantsus on iseloomulik ennekõike võimsatele elektrimasinatele ja võimsusmuundurite tehnoloogiale. Kodumasinate ja lampide sisemine elektritakistus on peaaegu täielikult aktiivne. Seetõttu võite igapäevaelus arvutuste tegemiseks kasutada Ohmi seaduse kirjutamise lihtsaimat vormi: I=U/R.
3. Tervikliku vooluringi tähistus
Kuna ahela lõigu jaoks on seaduse kirjutamise vorm, siis on ka Ohmi seadus terve vooluringi jaoks: I=E/(r+R).
Siin r on võrgu EMF-i allika sisemine takistus ja R on vooluahela enda kogutakistus.
Selle Ohmi seaduse alamtüübi illustreerimiseks ei pea füüsilist mudelit kaugelt otsima – see on aku, milles on emf allikas.
Ei saa eeldada, et aku takistus on võrdne absoluutse nulliga, seetõttu ei suurene vool isegi selle klemmide vahelise otsese lühise korral (takistus puudub R) mitte lõpmatuseni, vaid lihtsalt suure väärtuseni.
Sellest kõrgest väärtusest aga loomulikult piisab, et juhtmed sulaksid ja auto polster põlema süttiks. Seetõttu on autode elektriahelad kaitstud kaitsmete abil lühiste eest.
Sellisest kaitsest ei pruugi piisata, kui lühis tekib enne kaitsmekarpi aku suhtes või kui üks kaitsmetest asendatakse vasktraadi tükiga. Siis on ainult üks pääste - on vaja vooluahel võimalikult kiiresti katkestada, eemaldades “maanduse”, see tähendab negatiivse klemmi.
4. Ohmi seaduse kirjutamise terviklik vorm elektromagnetvälja allikat sisaldava vooluringi lõigu jaoks
Samuti tuleks mainida, et Ohmi seadusel on veel üks versioon - EMF-i allikat sisaldava vooluringi sektsiooni jaoks:
Siin on U potentsiaalide erinevus vaadeldava ahela lõigu alguses ja lõpus. EMF väärtuse märk sõltub selle suunast pinge suhtes.
Sageli on vooluringi parameetrite määramisel vaja kasutada vooluringi lõigu Ohmi seadust, kui osa ahelast on üksikasjalikuks uurimiseks kättesaamatu ega paku meile huvi.
Oletame, et seda varjavad korpuse ühes tükis olevad osad. Ülejäänud vooluring sisaldab EMF-i allikat ja teadaoleva takistusega elemente. Seejärel saate vooluringi tundmatu osa sisendis pinget mõõtes arvutada voolu ja pärast seda tundmatu elemendi takistuse.
järeldused
Seega näeme, et Ohmi "lihtne" seadus pole kaugeltki nii lihtne, kui mõned võisid arvata. Teades kõiki Ohmi seaduste integreeritud tähistusi, saate aru paljudest elektriohutusnõuetest ja neid hõlpsasti meeles pidada, samuti saate kindlustunde elektri käitlemisel.
Mis on Ohmi seadus tervikliku vooluringi jaoks? Niisiis, see on valem, mis näitab selgelt seost elektriahela peamiste parameetrite vahel: vool, pinge ja takistus. Seaduse olemuse mõistmiseks mõistame kõigepealt mõnda mõistet.
Mida nimetatakse elektriahelaks?
Elektriahel on teekond elektriahelas, mille kaudu voolavad laengud (elektrielemendid, juhtmed ja muud seadmed). Loomulikult peetakse jõuallikaks selle algust. Elektromagnetvälja, fotooniliste nähtuste või keemiliste protsesside mõjul kipuvad elektrilaengud liikuma selle jõuallika vastasklemmile.
Mis on elektrivool?
Laetud osakeste suunatud liikumist elektrivälja või muude välisjõudude mõjul nimetatakse elektrivooluks. Selle suuna määrab prootonite (positiivsete laengute) suund. Vool on konstantne, kui selle tugevus ega suund pole aja jooksul muutunud.
Ohmi seaduse ajalugu
Füüsik Georg Ohm suutis juhiga katseid tehes kindlaks teha, et voolutugevus on võrdeline selle otstele rakendatava pingega:
I / sim U või I = G / U,
kus G on elektrijuhtivus ja väärtus R = 1 / G on juhi elektritakistus. Selle avastuse tegi kuulus saksa füüsik 1827. aastal.
Ohmi seadused
Täieliku vooluringi puhul on määratlus järgmine: voolutugevus elektriahelas võrdub allika elektromotoorjõu (edaspidi EMF) ja takistuste summa suhtega:
I = E / (R + r),
kus R on välise vooluahela takistus ja r on sisemine takistus. Üsna sageli põhjustab seaduse sõnastamine raskusi, kuna kõik ei tunne EMF-i mõistet, selle erinevust pingest, mitte kõik ei tea, mida see tähendab. ja kust tuleb sisemine takistus. Seetõttu on vaja selgitusi, sest Ohmi seadusel tervikliku vooluringi jaoks on sügav tähendus.
Ketilõigu seaduse sõnastust võib nimetada läbipaistvaks. Asi on selles, et selle mõistmiseks pole vaja täiendavat selgitust: voolutugevus ahelas on võrdeline pingega ja pöördvõrdeline takistusega:
Tähendus
Ohmi seadus tervikliku vooluringi jaoks on tihedalt seotud energia jäävuse seadusega. Oletame, et vooluallikal puudub sisetakistus. Mis peaks sel juhul juhtuma? Selgub, et kui takistust poleks, siis antaks välisele vooluringile suurem vool ja vastavalt sellele oleks ka võimsus suurem.
Nüüd on aeg mõista elektromotoorjõu mõistet. See väärtus näitab erinevust allika klemmide elektriliste potentsiaalide vahel, kuid ainult ilma koormuseta. Võtame näiteks veesurve kõrgendatud paagis. Veetase jääb paigale, kuni seda tarbima hakatakse. Kui kraan avatakse, väheneb vedeliku tase, kuna pumpamist ei toimu. Kui vesi siseneb torusse, kogeb see takistust ja sama juhtub ka juhtme elektrilaengutega.
Koormuste puudumisel on klemmid avatud olekus, selgub, et EMF ja pinge on suurusjärgus samad. Kui lülitame sisse näiteks lambipirni, siis ahel sulgub ja elektromotoorjõud tekitab selles kasulikku tööd tehes pinge. Osa energiast hajub sisemise takistuse tõttu (seda nimetatakse kadudeks).
Kui tarbija takistus on väiksem kui sisetakistus, vabaneb vooluallikast rohkem võimsust. Ja siis EMF välises vooluringis langeb ja märkimisväärne osa energiast kaob sisemise takistuse juures. Looduskaitseseaduste olemus seisneb selles, et loodus ei saa võtta rohkem, kui annab.
Sisetakistuse olemus on hästi teada Hruštšovi-aegsete korterite elanikele, kelle korterites on konditsioneer, kuid vana juhtmestikku pole kordagi vahetatud. Elektriarvesti pöörleb meeletu kiirusega, vanade alumiiniumjuhtmete läbipääsukohtades kuumenevad pistikupesa ja sein, mille tulemusena konditsioneer vaevu jahutab ruumi õhku.
Loodus r
"Täisoom" (nagu elektrikud on harjunud seadust nimetama) on halvasti mõistetav, kuna allika sisetakistus ei ole reeglina elektriline. Vaatame seda soolapatarei näitel. On teada, et elektriaku koosneb mitmest elemendist, kuid me käsitleme ainult ühte. Niisiis, meil on valmis Krona aku, mis koosneb 7 järjestikku ühendatud elemendist.
Kuidas voolu genereeritakse? Elektrolüüdiga anumasse asetame süsinikvarda mangaani kesta, mis koosneb positiivsetest elektroodidest või anoodidest. Selles konkreetses näites toimib süsinikvarras voolukollektorina. Tsinkmetall koosneb negatiivsetest elektroodidest (katoodidest). Poest ostetud akud sisaldavad tavaliselt geelelektrolüüti. Vedelikku kasutatakse väga harva. Elektrolüüdi ja anoodidega tsinktops toimib negatiivse elektroodina.
Selgub, et aku saladus peitub selles, et mangaani elektripotentsiaal pole nii kõrge kui tsingi oma. Seetõttu tõmbavad elektronid katoodi poole ja see omakorda tõrjub positiivselt laetud tsingioonid anoodile. Selle tulemusena kulub katood järk-järgult. Võib-olla teavad kõik, et kui tühja akut ei asendata õigeaegselt, võib see lekkida. Millega see seotud on? Kõik on väga lihtne: elektrolüüt hakkab lahti ühendatud tassi kaudu välja voolama.
Kui laengud liiguvad süsinikvardal, kogunevad positiivsed laengud mangaani kesta, negatiivsed laengud aga tsingile. Seetõttu nimetatakse neid anoodiks ja katoodiks, kuid akude sisemus näeb välja teistsugune. Laengute erinevus loob elektromotoorjõu. Laengud lakkavad elektrolüüdis liikumast, kui elektroodi materjali potentsiaalide erinevus on võrdne emf väärtusega ja tõmbejõud on võrdsed tõukejõududega.
Sulgeme nüüd vooluringi: selleks ühendage lihtsalt lambipirn akuga. Kunstliku valgusallika läbimisel naasevad laengud oma kohale (“koju”) ja lambipirn süttib. Aku sees algab taas elektronide ja ioonide liikumine, kuna laengud on kustunud ja uuesti on ilmunud ligitõmbav või tõrjuv jõud.
Tegelikult toodab aku voolu, mistõttu lambipirn süttib, see juhtub tsingi tarbimise tõttu, mis selles protsessis muudetakse muudeks keemilisteks ühenditeks. Puhta tsingi eraldamiseks on energia jäävuse seaduse järgi vaja seda kulutada, kuid mitte elektrilisel kujul (täpselt sama palju, kui lambipirnile anti).
Nüüd saame lõpuks aru allika sisemise vastupanu olemusest. Akus takistab see suurte ioonide liikumist. Elektronide liikumine ilma ioonideta on võimatu, kuna puudub tõmbejõud.
Tööstuslikes generaatorites ei ilmne r mitte ainult mähiste elektritakistuse, vaid ka väliste põhjuste tõttu. Näiteks hüdroelektrijaamades sõltub koguse väärtus turbiini efektiivsusest, veevoolu takistusest torustikus, aga ka mehaanilise jõuülekande kadudest. Lisaks mõjutab teatud määral vee temperatuur ja selle mudastumine.
Vahelduvvoolu
Oleme juba vaadanud Ohmi seadust kogu alalisvooluahela jaoks. Kuidas muutub valem vahelduvvooluga? Enne kui arugi saame, iseloomustame mõistet ennast. Vahelduvvool on elektriliselt laetud osakeste liikumine, mille suund ja väärtus ajas muutuvad. Erinevalt pidevast takistusest kaasnevad sellega täiendavad tegurid, mis tekitavad uut tüüpi takistust (reaktiivne). See on iseloomulik kondensaatoritele ja induktiivpoolidele.
Ohmi seadus kogu vahelduvvooluahela jaoks on järgmine:
kus Z on komplekstakistus, mis koosneb aktiivsetest ja reaktiivsetest takistustest.
Kõik pole halb
Ohmi seadus tervikliku vooluringi jaoks pakub lisaks energiakadude näitamisele ka võimalusi nende kõrvaldamiseks. Tavalised elektrikud kasutavad harva keeruliste takistuste leidmiseks valemit, kui ahelas on mahtuvusi või induktiive. Enamasti mõõdetakse voolutugevust klambrite või spetsiaalse testeri abil. Ja kui pinge on teada, saab keeruka takistuse hõlpsasti arvutada (kui see on tõesti vajalik).
Ohmi seadust nimetatakse sageli elektri põhiseaduseks. Kuulus saksa füüsik Georg Simon Ohm, kes selle 1826. aastal avastas, tegi kindlaks seose elektriahela põhiliste füüsikaliste suuruste – takistuse, pinge ja voolu – vahel.
Elektriahel
Ohmi seaduse tähenduse paremaks mõistmiseks peate mõistma, kuidas elektriahel töötab.
Mis on elektriahel? See on tee, mida mööda elektriliselt laetud osakesed (elektronid) liiguvad elektriahelas.
Selleks, et elektriahelas eksisteeriks vool, peab selles olema seade, mis tekitaks ja säilitaks ahela lõikudes potentsiaalse erinevuse mitteelektrilise päritoluga jõudude toimel. Sellist seadet nimetatakse DC allikas ja jõud - välised jõud.
Ma kutsun elektriahelat, milles asub vooluallikas T täielik elektriahel. Sellises vooluringis olev vooluallikas täidab ligikaudu sama funktsiooni kui suletud hüdrosüsteemis vedelikku pumpav pump.
Lihtsaim suletud elektriahel koosneb ühest elektrienergia allikast ja ühest tarbijast, mis on ühendatud juhtmetega.
Elektriahela parameetrid
Ohm tuletas oma kuulsa seaduse eksperimentaalselt.
Teeme lihtsa katse.
Paneme kokku elektriahela, milles vooluallikaks on aku ja voolu mõõtmise instrumendiks ahelaga järjestikku ühendatud ampermeeter. Koormus on traatspiraal. Mõõdame pinget spiraaliga paralleelselt ühendatud voltmeetri abil. Lõpetame sellega võtme abil ühendage elektriahel ja registreerige instrumendi näidud.
Ühendame teise, täpselt samade parameetritega aku esimese akuga. Paneme ahela uuesti kinni. Instrumendid näitavad, et nii vool kui ka pinge on kahekordistunud.
Kui lisate 2 akule veel ühe sama tüüpi, siis vool kolmekordistub ja pinge samuti kolmekordistub.
Järeldus on ilmne: Juhi vool on otseselt võrdeline juhtme otstele rakendatava pingega.
Meie katses jäi takistuse väärtus konstantseks. Muutsime ainult voolu ja pinge suurust juhi sektsioonil. Jätame ainult ühe aku. Kuid koormana kasutame erinevatest materjalidest spiraale. Nende vastupanuvõime on erinev. Ühendades need ükshaaval, salvestame ka instrumentide näidud. Näeme, et siin on vastupidi. Mida suurem on takistuse väärtus, seda väiksem on vool. Voolu vooluringis on pöördvõrdeline takistusega.
Niisiis, meie kogemus võimaldas meil kindlaks teha voolu sõltuvuse pingest ja takistusest.
Ohmi kogemus oli muidugi erinev. Neil päevil polnud ampermeetreid ja voolu mõõtmiseks kasutas Ohm Coulombi torsioonkaalu. Vooluallikaks oli tsingist ja vasest valmistatud Volta element, mis olid vesinikkloriidhappe lahuses. Vasktraadid asetati elavhõbedat sisaldavatesse tassidesse. Sinna toodi ka vooluallika juhtmete otsad. Juhtmed olid sama ristlõikega, kuid erineva pikkusega. Tänu sellele muutus takistuse väärtus. Erinevaid juhtmeid vaheldumisi ketti sisestades jälgisime magnetnõela pöördenurka väändekaalus. Tegelikult ei mõõdetud mitte voolutugevust ennast, vaid voolu magnetilise mõju muutust, mis on tingitud erineva takistusega juhtmete kaasamisest vooluringi. Om nimetas seda "jõu kaotuseks".
Kuid ühel või teisel viisil võimaldasid teadlase katsed tal tuletada oma kuulsa seaduse.
Georg Simon Ohm
Ohmi seadus tervikliku vooluringi jaoks
Vahepeal nägi Ohmi enda tuletatud valem välja selline:
See pole midagi muud kui Ohmi seaduse valem täieliku elektriahela jaoks: "Voolutugevus vooluringis on võrdeline vooluringis toimiva EMF-iga ja pöördvõrdeline välise vooluahela takistuse ja allika sisetakistuse summaga».
Ohmi katsetes kogus X näitas praeguse väärtuse muutust. Kaasaegses valemis vastab see praegusele tugevuseleI vooluringis voolav. Suurusjärk A iseloomustas pingeallika omadusi, mis vastab tänapäevasele elektromotoorjõu (EMF) tähistusele. ε . Väärtus väärtusl sõltus elektriahela elemente ühendavate juhtmete pikkusest. See väärtus oli analoogne välise elektriahela takistusegaR . Parameeter b iseloomustas kogu selle installatsiooni omadusi, millel katse läbi viidi. Kaasaegses tähistuses on see niir – vooluallika sisetakistus.
Kuidas tuletatakse täieliku vooluringi Ohmi seaduse tänapäevane valem?
Allika emf on võrdne välise vooluahela pingelanguste summaga (U ) ja allikas endas (U 1 ).
ε = U + U 1 .
Ohmi seadusest I = U / R järgib seda U = I · R , A U 1 = I · r .
Asendades need avaldised eelmisega, saame:
ε = I R + I r = I (R + r) , kus
Ohmi seaduse kohaselt võrdub pinge välisahelas voolutugevusega, mis on korrutatud takistusega. U = I · R. See on alati väiksem kui allika emf. Erinevus on võrdne väärtusega U 1 = I r .
Mis juhtub, kui patarei või aku töötab? Kui aku tühjeneb, suureneb selle sisetakistus. Järelikult see suureneb U 1 ja väheneb U .
Täielik Ohmi seadus muutub vooluringi lõigu Ohmi seaduseks, kui eemaldame sellest lähteparameetrid.
Lühis
Mis juhtub, kui välise vooluahela takistus muutub järsku nulliks? Igapäevaelus saame seda jälgida, kui näiteks juhtmete elektriisolatsioon on kahjustatud ja neil tekib lühis. Tekib nähtus, mida nimetatakse lühis. Praegune helistas lühise vool, saab olema väga suur. See vabastab suurel hulgal soojust, mis võib põhjustada tulekahju. Selle vältimiseks asetatakse vooluringi seadmed, mida nimetatakse kaitsmeteks. Need on konstrueeritud nii, et need on lühise hetkel võimelised vooluahelat katkestama.
Ohmi seadus vahelduvvoolu kohta
Vahelduvpinge ahelas on lisaks tavapärasele aktiivtakistusele ka reaktants (mahtuvus, induktiivsus).
Selliste ahelate jaoks U = I · Z , Kus Z - kogutakistus, mis sisaldab aktiivseid ja reaktiivseid komponente.
Kuid võimsatel elektrimasinatel ja elektrijaamadel on kõrge reaktiivsus. Meie ümber olevates kodumasinates on reaktiivne komponent nii väike, et seda saab ignoreerida ja arvutamiseks kasutage Ohmi seaduse lihtsat kirjutamisviisi:
I = U / R
Võimsus ja Ohmi seadus
Ohm mitte ainult ei tuvastanud seost elektriahela pinge, voolu ja takistuse vahel, vaid tuletas ka võrrandi võimsuse määramiseks:
P = U · I = I 2 · R
Nagu näete, mida suurem on vool või pinge, seda suurem on võimsus. Kuna juht või takisti ei ole kasulik koormus, loetakse sellele langevat võimsust võimsuskadu. Seda kasutatakse juhi soojendamiseks. Ja mida suurem on sellise juhi takistus, seda rohkem võimsust sellel kaob. Küttekadude vähendamiseks kasutatakse ahelas väiksema takistusega juhte. Seda tehakse näiteks võimsates heliinstallatsioonides.
Epiloogi asemel
Väike vihje neile, kes on segaduses ja ei mäleta Ohmi seaduse valemit.
Jagage kolmnurk 3 osaks. Pealegi on täiesti ebaoluline, kuidas me seda teeme. Sisestame igasse neist Ohmi seaduses sisalduvad suurused – nagu on näidatud joonisel.
Sulgeme väärtuse, mis tuleb leida. Kui ülejäänud väärtused on samal tasemel, tuleb need korrutada. Kui need asuvad erinevatel tasanditel, tuleb ülaltoodud väärtus jagada madalamaga.
Ohmi seadust kasutatakse praktikas laialdaselt elektrivõrkude projekteerimisel tootmises ja kodus.
Tere, kallid elektriku märkuste veebisaidi lugejad.
Täna avan saidil uue jaotise nimega.
Selles jaotises püüan teile selgelt ja lihtsalt selgitada elektrotehnilisi probleeme. Ütlen kohe ära, et teoreetilistesse teadmistesse me liialt ei süvene, küll aga saame põhitõed selgeks piisavas järjekorras.
Esimene asi, mida tahan teile tutvustada, on Ohmi seadus ahela lõigu kohta. See on kõige elementaarsem seadus, mida kõik peaksid teadma.
Selle seaduse tundmine võimaldab meil lihtsalt ja täpselt määrata voolu, pinge (potentsiaali erinevus) ja takistuse väärtused vooluringi ühes osas.
Kes on Om? Natuke ajalugu
Ohmi seaduse avastas kuulus saksa füüsik Georg Simon Ohm 1826. aastal. Selline ta välja nägi.
Ma ei räägi teile kogu Georg Ohmi elulugu. Lisateavet selle kohta leiate muudest allikatest.
Ma ütlen teile ainult kõige olulisemad asjad.
Tema järgi on nimetatud elektrotehnika elementaarseim seadus, mida kasutame aktiivselt keerulistes arvutustes projekteerimisel, tootmises ja igapäevaelus.
Ohmi seadus ahela homogeense lõigu jaoks on järgmine:
I – vooluahela osa läbiva voolu väärtus (mõõdetuna amprites)
U – pinge väärtus vooluringi lõigul (mõõdetuna voltides)
R – vooluahela sektsiooni takistuse väärtus (mõõdetuna oomides)
Kui valemit seletada sõnadega, selgub, et voolutugevus on võrdeline pingega ja pöördvõrdeline vooluringi sektsiooni takistusega.
Teeme eksperimendi
Valemi mõistmiseks mitte sõnades, vaid tegudes peate koostama järgmise diagrammi:
Selle artikli eesmärk on selgelt näidata, kuidas kasutada Ohmi seadust vooluringi lõigu jaoks. Seetõttu panin selle vooluringi oma töölauale kokku. Vaata allpool, milline ta välja näeb.
Juhtnupu (valiku) abil saate valida väljundis kas püsipinge või vahelduvpinge. Meie puhul kasutatakse pidevat pinget. Pinge taset muudan labori autotransformaatori (LATR) abil.
Meie katses kasutan pinget vooluringi lõigul, mis on võrdne 220 (V). Kontrollime väljundpinget voltmeetri abil.
Nüüd oleme täiesti valmis oma katset läbi viima ja Ohmi seadust tegelikkuses testima.
Allpool toon 3 näidet. Igas näites määrame vajaliku väärtuse kahe meetodi abil: valemi abil ja praktilisel viisil.
Näide nr 1
Esimeses näites peame leidma vooluringi voolu (I), teades pideva pingeallika suurust ja LED-pirni takistuse väärtust.
Alalisvoolu pingeallika pinge on U = 220 (V). LED lambipirni takistus on R = 40740 (oomi).
Valemi abil leiame vooluahelas oleva voolu:
I = U/R = 220 / 40740 = 0,0054 (A)
Ühendame ampermeetri režiimis sisse lülitatud LED-pirniga järjestikku ja mõõdame vooluringi.
Multimeetri ekraan näitab vooluahela voolu. Selle väärtus on 5,4 (mA) või 0,0054 (A), mis vastab valemiga leitud voolule.
Näide nr 2
Teises näites peame leidma vooluringi lõigu pinge (U), teades vooluhulka vooluringis ja LED-pirni takistuse väärtust.
I = 0,0054 (A)
R = 40740 (oomi)
Valemi abil leiame vooluringi sektsiooni pinge:
U = I * R = 0,0054 * 40740 = 219,9 (V) = 220 (V)
Nüüd kontrollime saadud tulemust praktilisel viisil.
Ühendame voltmeetri režiimis sisse lülitatud multimeetri paralleelselt LED-lambipirniga ja mõõdame pinget.
Multimeetri ekraan näitab mõõdetud pinget. Selle väärtus on 220 (V), mis vastab vooluringi lõigu Ohmi seaduse valemi abil leitud pingele.
Näide nr 3
Kolmandas näites peame leidma vooluringi sektsiooni takistuse (R), teades voolutugevuse suurust ahelas ja vooluringi sektsiooni pinge väärtust.
I = 0,0054 (A)
U = 220 (V)
Jällegi kasutame valemit ja leiame vooluringi sektsiooni takistuse:
R = U/I = 220/0,0054 = 40740,7 (oomi)
Nüüd kontrollime saadud tulemust praktilisel viisil.
Mõõdame multimeetri abil LED-pirni takistust.
Saadud väärtus oli R = 40740 (oomi), mis vastab valemiga leitud takistusele.
Kui lihtne on meeles pidada Ohmi seadust vooluringi lõigu jaoks!
Selleks, et mitte segadusse sattuda ja valem kergesti meelde jätta, võite kasutada väikest vihjet, mida saate ise teha.
Joonistage kolmnurk ja sisestage sellesse elektriahela parameetrid vastavalt allolevale joonisele. Sa peaksid selle saama nii.
Kuidas seda kasutada?
Vihjekolmnurga kasutamine on väga lihtne ja lihtne. Sulgege sõrmega skeemi parameeter, mis tuleb leida.
Kui kolmnurga ülejäänud parameetrid asuvad samal tasemel, tuleb need korrutada.
Kui kolmnurga ülejäänud parameetrid asuvad erinevatel tasanditel, siis on vaja ülemine parameeter jagada alumise parameetriga.
Vihjekolmnurga abil ei satu valemis segadusse. Kuid parem on seda õppida nagu korrutustabelit.
järeldused
Artikli lõpus teen järelduse.
Elektrivool on elektronide suunatud voog punktist B miinuspotentsiaaliga punkti A plusspotentsiaaliga. Ja mida suurem on nende punktide potentsiaalide erinevus, seda rohkem elektrone liigub punktist B punkti A, s.t. Vooluring vooluringis suureneb eeldusel, et vooluahela takistus jääb muutumatuks.
Kuid lambipirni takistus on vastu elektrivoolu voolule. Ja mida suurem on takistus vooluringis (mitme lambipirni järjestikühendus), seda väiksem on vooluahelas konstantsel võrgupingel.
P.S. Siit Internetist leidsin naljaka, kuid selgitava multifilmi Ohmi seaduse teemal vooluringi lõigu kohta.
Iga elektriahel sisaldab tingimata elektrienergia allikat ja selle vastuvõtjat. Vaatleme näiteks lihtsat elektriahelat, mis koosneb akust ja hõõglambist.
Aku on elektrienergia allikas, lambipirn on selle vastuvõtja. Elektriallika pooluste vahel on potentsiaalide erinevus (+ ja -), kui ahel on suletud, algab selle võrdsustamise protsess elektromotoorjõu, lühendatult EMF, mõjul. Ahelat läbib elektrivool, mis teeb tööd - lambipirni spiraali kuumutades hakkab spiraal helendama.
Sel viisil muudetakse elektrienergia soojus- ja valgusenergiaks.
Elektrivool (J) on laetud osakeste, antud juhul elektronide, järjestatud liikumine.
Elektronidel on negatiivne laeng ja seetõttu on nende liikumine suunatud toiteallika positiivse (+) pooluse poole.
Sel juhul moodustub alati elektromagnetväli, mis levib (+) allikast (-) allikani (elektronide liikumise suunas) läbi elektriahela valguse kiirusel. Traditsiooniliselt arvatakse, et elektrivool (J) liigub positiivselt (+) poolusele negatiivsele (-).
Elektronide korrastatud liikumine läbi juhiks oleva aine kristallvõre ei kulge takistamatult. Elektronid interakteeruvad aine aatomitega, põhjustades selle kuumenemise. Seega on ainel vastupanu(R) seda läbiv elektrivool. Ja mida suurem on takistuse väärtus sama vooluväärtuse juures, seda tugevam on küte.
Elektritakistus on väärtus, mis iseloomustab elektriahela (või selle sektsiooni) takistust elektrivoolule, mõõdetuna Omaha. Elektriline Pinge(U) - elektrivoolu allika potentsiaalse erinevuse suurus. Elektriline Pinge(U), elektriline vastupanu(R), elektriline praegune(J) on kõige lihtsama elektriahela põhiomadused, mis on omavahel seotud.
| Pinge. | ||
| Vastupidavus. | ||
| Praegune tugevus. | ||
| Võimsus. | ||
Ülaltoodud Ohmi seaduse kalkulaatori abil saate hõlpsalt arvutada mis tahes elektrienergia vastuvõtja voolu, pinge ja takistuse väärtused. Samuti saate pinge ja voolu väärtuste asendamisega määrata selle võimsuse ja vastupidi.
Näiteks peate välja selgitama elektri tarbitava voolu. veekeetja, võimsus 2,2 kW.
Veerus "Pinge" asendame oma võrgu pinge väärtuse voltides - 220.
Vastavalt veergu "Toide" sisestage võimsuse väärtus vattides 2200 (2,2 kW) Vajutage nuppu "Uuri voolutugevus" - saame tulemuse amprites - 10. Kui vajutate seejärel nuppu "Takistus", Lisaks saate teada ka meie veekeetja elektritakistuse selle töötamise ajal - 22 oomi.
Ülaltoodud kalkulaatori abil saate hõlpsalt arvutada kogu takistuse väärtus kahe paralleelselt ühendatud takisti jaoks.
Kirchhoffi teine seadus ütleb: suletud elektriahelas on emfi algebraline summa võrdne ahela üksikute lõikude pingelanguste algebralise summaga. Selle seaduse kohaselt võime alloleval joonisel näidatud vooluringi jaoks kirjutada:
R p = R 1 + R 2
See tähendab, et kui vooluahela elemendid on ühendatud järjestikku, on vooluahela kogutakistus võrdne selle koostisosade takistuste summaga ja pinge jaotub nende vahel proportsionaalselt igaühe takistusega.
Näiteks uusaasta vanikus, mis koosneb 100 väikesest identsest lambipirnist, millest igaüks on mõeldud 2,5-voldise pinge jaoks ja mis on ühendatud 220-voldise võrguga, on igal lambipirnil 220/100 = 2,2 volti.
Ja loomulikult töötab ta selles olukorras õnnelikult elu lõpuni.
Vahelduvvoolu.
Vahelduvvool, erinevalt alalisvoolust, ei oma konstantset suunda. Näiteks tavalises koduelektris. võrgud 220 volti 50 hertsi, pluss ja miinus vahetavad kohti 50 korda sekundis. Ohmi ja Kirchhoffi seadused alalisvooluahelate kohta kehtivad ka vahelduvvooluahelate puhul, kuid ainult elektriliste vastuvõtjate puhul, millel on aktiivne vastupidavus puhtal kujul, st nagu erinevad kütteelemendid ja hõõglambid.
Lisaks tehakse kõik arvutused kehtiv voolu ja pinge väärtused. Vahelduvvoolu jõu efektiivne väärtus on arvuliselt võrdne termiliselt ekvivalentse alalisvoolu jõuga. Efektiivne väärtus Jmuutuja = 0,707*Jkonstant Efektiivne väärtus Uvariable = 0,707*Ukonstant Näiteks meie koduvõrgus praegune Vahelduvpinge väärtus - 220 volti, ja selle maksimaalne (amplituudi) väärtus = 220*(1 / 0,707) = 310 volti.
Ohmi ja Kirchhoffi seaduste roll elektriku igapäevaelus.
Elektrik (absoluutselt igaüks ja igaüks) seisab oma töötegevuses igapäevaselt silmitsi nende põhiseaduste ja reeglite tagajärgedega, võib öelda, et ta elab nende reaalsuses. Kas ta kasutab erinevates õppeasutustes suurte raskustega omandatud teoreetilisi teadmisi igapäevaste tööülesannete täitmisel?
Reeglina - ei! Enamasti on see lihtne - lihtsalt, vajaduse puudumisel - seda teha.
Sest tavalise elektriku igapäevatöö ei koosne üldsegi peast arvutamisest, vaid, vastupidi, selgetest, täpsetest füüsilistest tegevustest, mida on aastate jooksul lihvitud. See ei tähenda, et te ei peaks üldse mõtlema. Pigem vastupidi – lõppude lõpuks on tormakate tegude tagajärjed sellel erialal mõnikord väga kallid.
Mõnikord on elektrikute seas amatöördisainereid, kuid enamasti on nad uuendajad. Need inimesed kasutavad aeg-ajalt oma teoreetilisi teadmisi hüvanguks, arendades ja konstrueerides erinevaid seadmeid nii isiklikel eesmärkidel kui ka oma kodumaise tootmise hüvanguks. Ilma Ohmi ja Kirchhoffi seaduste teadmata on tulevase seadme vooluringi moodustavate elektriahelate arvutused täiesti võimatud.
Üldiselt võib öelda, et Ohmi ja Kirchhoffi seadused on pigem projekteerimisinseneri kui elektriku “tööriist”.
