Definiția legii lui Ohm în cuvinte simple. Legea lui Ohm pentru un circuit complet

I = E/R,

I = E/(r+R1).

Pentru un electrician și inginer electronic, una dintre legile de bază este Legea lui Ohm. În fiecare zi, munca prezintă noi provocări pentru un specialist și adesea este necesar să se selecteze un înlocuitor pentru un rezistor ars sau un grup de elemente. Un electrician trebuie să schimbe adesea cablurile pentru a-l alege pe cel potrivit, trebuie să „estimați” curentul din sarcină, așa că trebuie să utilizați cele mai simple legi și relații fizice în viața de zi cu zi. Importanța Legii lui Ohm în inginerie electrică este colosală de altfel, majoritatea lucrărilor de diplomă în specialitățile de inginerie electrică sunt calculate cu 70-90% după o singură formulă.

Referință istorică

Anul în care a fost descoperită Legea lui Ohm a fost 1826 de către omul de știință german Georg Ohm. El a determinat și descris empiric legea privind relația dintre curent, tensiune și tipul conductorului. Mai târziu s-a dovedit că a treia componentă nu este altceva decât rezistență. Ulterior, această lege a fost numită după descoperitor, dar problema nu s-a limitat la lege o cantitate fizică a fost numită după numele său, ca un tribut adus lucrării sale.

Mărimea în care se măsoară rezistența este numită după Georg Ohm. De exemplu, rezistențele au două caracteristici principale: puterea în wați și rezistența - unitate de măsură în ohmi, kilo-ohmi, mega-ohmi etc.

Legea lui Ohm pentru o secțiune de circuit

Pentru a descrie un circuit electric care nu conține EMF, puteți folosi legea lui Ohm pentru o secțiune a circuitului. Aceasta este cea mai simplă formă de înregistrare. Arata cam asa:

Unde I este curentul, măsurat în Amperi, U este tensiunea în volți, R este rezistența în Ohmi.

Această formulă ne spune că curentul este direct proporțional cu tensiunea și invers proporțional cu rezistența - aceasta este formularea exactă a Legii lui Ohm. Sensul fizic al acestei formule este de a descrie dependența curentului printr-o secțiune a circuitului la o rezistență și o tensiune cunoscute.

Atenţie! Această formulă este valabilă pentru curent continuu, are mici diferențe;

În plus față de relația dintre mărimile electrice, această formă ne spune că graficul curentului față de tensiune în rezistență este liniar și ecuația funcției este satisfăcută:

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

Legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit este utilizată pentru a calcula rezistența unui rezistor într-o secțiune a unui circuit sau pentru a determina curentul prin acesta la o tensiune și rezistență cunoscute. De exemplu, avem un rezistor R cu o rezistență de 6 ohmi, o tensiune de 12 V este aplicată la bornele sale. Trebuie să aflăm cât de mult curent va curge prin el. Să calculăm:

I=12 V/6 Ohm=2 A

Un conductor ideal nu are rezistență, dar datorită structurii moleculelor substanței din care este compus, orice corp conductor are rezistență. De exemplu, acesta a fost motivul tranziției de la firele de aluminiu la fire de cupru în rețelele electrice de acasă. Rezistivitatea cuprului (Ohm pe 1 metru lungime) este mai mică decât cea a aluminiului. În consecință, firele de cupru se încălzesc mai puțin și rezistă la curenți mari, ceea ce înseamnă că puteți utiliza un fir cu o secțiune transversală mai mică.

Un alt exemplu este că spiralele dispozitivelor și rezistențelor de încălzire au o rezistivitate ridicată, deoarece sunt fabricate din diferite metale cu rezistivitate ridicată, cum ar fi nicrom, kanthal etc. Când purtătorii de sarcină se deplasează printr-un conductor, se ciocnesc cu particulele din rețeaua cristalină, în urma cărora energia este eliberată sub formă de căldură și conductorul. se incalzeste. Cu cât curentul este mai mare, cu atât mai multe ciocniri, cu atât încălzirea este mai mare.

Pentru a reduce încălzirea, conductorul trebuie fie scurtat, fie mărită grosimea acestuia (aria secțiunii transversale). Aceste informații pot fi scrise sub formă de formulă:

fir R =ρ(L/S)

Unde ρ este rezistivitatea în Ohm*mm 2 /m, L este lungimea în m, S este aria secțiunii transversale.

Legea lui Ohm pentru circuite în paralel și în serie

În funcție de tipul de conexiune, se observă diferite modele de flux de curent și distribuție a tensiunii. Pentru o secțiune a unui circuit elementele de conectare în serie, tensiunea, curentul și rezistența se găsesc după formula:

Aceasta înseamnă că același curent circulă într-un circuit cu un număr arbitrar de elemente conectate în serie. În acest caz, tensiunea aplicată tuturor elementelor (suma căderilor de tensiune) este egală cu tensiunea de ieșire a sursei de alimentare. Fiecare element individual are propria sa tensiune aplicată și depinde de puterea și rezistența curentului respectiv:

U el =I*R element

Rezistența unei secțiuni de circuit pentru elementele conectate în paralel se calculează prin formula:

1/R=1/R1+1/R2

Pentru o conexiune mixtă, trebuie să reduceți lanțul la o formă echivalentă. De exemplu, dacă un rezistor este conectat la două rezistențe conectate în paralel, atunci calculați mai întâi rezistența celor conectate în paralel. Veți obține rezistența totală a două rezistențe și tot ce trebuie să faceți este să o adăugați la al treilea, care este conectat în serie cu ele.

Legea lui Ohm pentru un circuit complet

Un circuit complet necesită o sursă de alimentare. O sursă de alimentare ideală este un dispozitiv care are singura caracteristică:

• tensiune, dacă este o sursă de EMF;
• puterea curentului, dacă este o sursă de curent;

O astfel de sursă de energie este capabilă să furnizeze orice putere cu parametrii de ieșire neschimbați. Într-o sursă de energie reală, există și parametri precum puterea și rezistența internă. În esență, rezistența internă este un rezistor imaginar instalat în serie cu sursa EMF.

Formula Legii lui Ohm pentru un circuit complet arată similară, dar se adaugă rezistența internă a IP-ului. Pentru un lanț complet se scrie după formula:

I=ε/(R+r)

Unde ε este EMF în Volți, R este rezistența de sarcină, r este rezistența internă a sursei de alimentare.

În practică, rezistența internă este de fracțiuni de ohm, iar pentru sursele galvanice crește semnificativ. Ați observat acest lucru când două baterii (nouă și descărcată) au aceeași tensiune, dar una produce curentul necesar și funcționează corect, iar a doua nu funcționează, pentru că... se lasa la cea mai mica sarcina.

Legea lui Ohm în formă diferențială și integrală

Pentru o secțiune omogenă a circuitului, formulele de mai sus sunt valabile pentru un conductor neuniform, este necesar să-l împărțiți în cele mai scurte segmente, astfel încât modificările dimensiunilor sale să fie minime în cadrul acestui segment. Aceasta se numește Legea lui Ohm în formă diferențială.

Cu alte cuvinte: densitatea de curent este direct proporțională cu tensiunea și conductibilitatea pentru o secțiune infinit de mică a conductorului.

În formă integrală:

Legea lui Ohm pentru curent alternativ

La calcularea circuitelor AC, în locul conceptului de rezistență, este introdus conceptul de „impedanță”. Impedanța este notată cu litera Z, include rezistența la sarcină activă Ra și reactanța X (sau R r). Acest lucru se datorează formei curentului sinusoidal (și curenților de orice alte forme) și parametrilor elementelor inductive, precum și legilor comutației:

1. Curentul dintr-un circuit cu inductanță nu se poate schimba instantaneu.
2. Tensiunea dintr-un circuit cu un condensator nu se poate schimba instantaneu.

Astfel, curentul începe să întârzie sau să conducă tensiunea, iar puterea totală este împărțită în activă și reactivă.

X L și X C sunt componentele reactive ale sarcinii.

În acest sens, se introduce valoarea cosФ:

Aici – Q – puterea reactivă datorată curentului alternativ și componentelor inductiv-capacitive, P – puterea activă (distribuită pe componentele active), S – puterea aparentă, cosФ – factorul de putere.

Poate ați observat că formula și prezentarea ei se suprapun cu teorema lui Pitagora. Acest lucru este într-adevăr adevărat, iar unghiul Ф depinde de cât de mare este componenta reactivă a sarcinii - cu cât este mai mare, cu atât este mai mare. În practică, acest lucru duce la faptul că curentul care curge efectiv în rețea este mai mare decât cel înregistrat de contorul de uz casnic, în timp ce întreprinderile plătesc pentru puterea maximă.

În acest caz, rezistența este prezentată sub formă complexă:

Aici j este unitatea imaginară, care este tipică pentru forma complexă a ecuațiilor. Este mai rar notat ca i, dar în inginerie electrică se notează și valoarea efectivă a curentului alternativ, prin urmare, pentru a nu fi confundat, este mai bine să folosiți j.

Unitatea imaginară este egală cu √-1. Este logic că nu există un astfel de număr la pătrat care să poată avea ca rezultat un rezultat negativ de „-1”.

Cum să ne amintim legea lui Ohm

Pentru a vă aminti Legea lui Ohm, puteți memora formularea în cuvinte simple precum:

Cu cât tensiunea este mai mare, cu atât este mai mare rezistența, cu atât este mai mică.

Sau folosiți imagini și reguli mnemonice. Prima este prezentarea legii lui Ohm sub forma unei piramide - pe scurt și clar.

O regulă mnemonică este o formă simplificată a unui concept pentru înțelegere și studiu simplă și ușoară. Poate fi sub formă verbală sau sub formă grafică. Pentru a găsi corect formula necesară, acoperiți cantitatea dorită cu degetul și obțineți răspunsul sub forma unui produs sau coeficient. Iată cum funcționează:

A doua este o reprezentare caricaturală. Se arată aici: cu cât încearcă mai mult Ohm, cu atât este mai greu pentru Ampere să treacă și cu cât mai mulți Volți, cu atât este mai ușor pentru Ampere să treacă.

Legea lui Ohm este una dintre cele fundamentale în inginerie electrică fără știrea ei, majoritatea calculelor sunt imposibile. Și în munca de zi cu zi este adesea necesară convertirea sau determinarea curentului prin rezistență. Nu este deloc necesar să înțelegem derivarea acesteia și originea tuturor cantităților - dar formulele finale trebuie să fie stăpânite. În concluzie, aș dori să observ că există o veche glumă care spune printre electricieni: „Dacă nu-l cunoști pe Om, stai acasă.”Și dacă fiecare glumă are un sâmbure de adevăr, atunci aici acest sâmbure de adevăr este 100%. Studiază bazele teoretice dacă vrei să devii un profesionist în practică, iar alte articole de pe site-ul nostru te vor ajuta în acest sens.

Ca( 0 ) Nu imi place( 0 )

Orice circuit electric conține în mod necesar o sursă de energie electrică și receptorul acesteia. Ca exemplu, luați în considerare un circuit electric simplu format dintr-o baterie și un bec incandescent.

O baterie este o sursă de energie electrică, un bec este receptorul său. Există o diferență de potențial (+ și -) între polii sursei de electricitate când circuitul este închis, procesul de egalizare a acestuia începe sub influența forței electromotoare, prescurtată ca EMF; Curentul electric curge prin circuit, lucrând - încălzind spirala becului, spirala începe să strălucească.

În acest fel, energia electrică este transformată în energie termică și energie luminoasă.
Curentul electric (J) este mișcarea ordonată a particulelor încărcate, în acest caz electroni.
Electronii au o sarcină negativă și, prin urmare, mișcarea lor este îndreptată către polul pozitiv (+) al sursei de energie.

În acest caz, se formează întotdeauna un câmp electromagnetic, răspândindu-se de la (+) la (-) sursă (spre mișcarea electronilor) printr-un circuit electric la viteza luminii. În mod tradițional, se crede că curentul electric (J) se deplasează de la polul pozitiv (+) la cel negativ (-).

Mișcarea ordonată a electronilor prin rețeaua cristalină a unei substanțe care este conductor nu trece nestingherită. Electronii interacționează cu atomii unei substanțe, determinând-o să se încălzească. Astfel, substanța are rezistenţă(R) curent electric care circulă prin el. Și cu cât valoarea rezistenței este mai mare, la aceeași valoare curentă, cu atât încălzirea este mai puternică.

Rezistența electrică este o valoare care caracterizează rezistența unui circuit electric (sau a secțiunii acestuia) la curentul electric, măsurată în Omaha. Electric Voltaj(U) - mărimea diferenței de potențial a sursei de curent electric. Electric Voltaj(U), electric rezistenţă(R), electric actual(J) sunt proprietățile de bază ale celui mai simplu circuit electric sunt într-o anumită relație între ele;

Folosind calculatorul Legea lui Ohm de mai sus, puteți calcula cu ușurință valorile curentului, tensiunii și rezistenței oricărui receptor de energie electrică. De asemenea, prin înlocuirea valorilor tensiunii și curentului, puteți determina puterea acestuia și invers.

De exemplu, trebuie să aflați curentul consumat de electricitate. ceainic, putere 2,2 kW.
În coloana „Tensiune” înlocuim valoarea tensiunii rețelei noastre în volți - 220.
În coloana „Putere”, în consecință, introduceți valoarea puterii în wați 2200 (2,2 kW) Apăsați butonul „Aflați puterea curentă” - obținem rezultatul în amperi - 10. Dacă apoi apăsați butonul „Rezistență”, mai puteti afla, in plus, si rezistenta electrica a ceainicului nostru, in timpul functionarii acestuia - 22 ohmi.

Folosind calculatorul de mai sus, puteți calcula cu ușurință valoarea rezistenței totale pentru două rezistențe conectate în paralel.

A doua lege a lui Kirchhoff spune: într-un circuit electric închis, suma algebrică a fem este egală cu suma algebrică a căderilor de tensiune în secțiuni individuale ale circuitului. Conform acestei legi, pentru circuitul prezentat în figura de mai jos, putem scrie:

R rev =R1 +R2

Adică, atunci când elementele unui circuit sunt conectate în serie, rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor elementelor sale constitutive, iar tensiunea este distribuită între ele proporțional cu rezistența fiecăruia.
De exemplu, într-o ghirlandă de Anul Nou formată din 100 de becuri mici identice, fiecare dintre ele proiectată pentru o tensiune de 2,5 volți, conectată la o rețea de 220 volți, fiecare bec va avea 220/100 = 2,2 volți.
Și, bineînțeles, în această situație ea va lucra fericită pentru totdeauna.

Curent alternativ.

Curentul alternativ, spre deosebire de curentul continuu, nu are o direcție constantă. De exemplu, în electricitatea casnică obișnuită. rețele 220 volți 50 herți, plus și minus schimbă locurile de 50 de ori pe secundă. Legile lui Ohm și Kirchhoff pentru circuitele de curent continuu sunt aplicabile și pentru circuitele de curent alternativ, dar numai pentru receptoarele electrice cu activ rezistență în forma sa pură, adică, cum ar fi diferite elemente de încălzire și becuri cu incandescență.

Mai mult, toate calculele se fac cu valabil valorile curentului și tensiunii. Valoarea efectivă a forței curentului alternativ este numeric egală cu forța curentului continuu echivalent termic. Valoare efectivă Jvariabilă = 0,707*Jconstant Valoare efectivă Uvariabil = 0,707*Uconstant De exemplu, în rețeaua noastră de acasă actual Valoarea tensiunii AC - 220 volți, iar valoarea sa maximă (amplitudinea) = 220*(1 / 0,707) = 310 volți.

Rolul legilor lui Ohm și Kirchhoff în viața de zi cu zi a unui electrician.

Desfășurându-și activitatea de muncă, un electrician (absolut oricine și oricine) se confruntă zilnic cu consecințele acestor legi și reguli fundamentale s-ar putea spune că trăiește în realitatea lor; Folosește cunoștințele teoretice, dobândite cu mare dificultate în diverse instituții de învățământ, pentru îndeplinirea sarcinilor de serviciu zilnice?
De regulă - nu! Cel mai adesea, este simplu - pur și simplu, în absența oricărei necesități - să o faci.

Căci munca zilnică a unui electrician normal nu constă deloc în calcule mentale, ci, dimpotrivă, în acțiuni fizice clare, precise, perfectionate de-a lungul anilor. Asta nu înseamnă că nu trebuie să te gândești deloc. Dimpotrivă - la urma urmei, consecințele acțiunilor neplăcute în această profesie sunt uneori foarte costisitoare.

Uneori, printre electricieni există designeri amatori, dar cel mai adesea sunt inovatori. Acești oameni, din când în când, folosesc în bine cunoștințele teoretice pe care le au, dezvoltând și construind diverse dispozitive, atât în ​​scop personal, cât și în beneficiul producției lor native. Fără cunoașterea legilor lui Ohm și Kirchhoff, calculele circuitelor electrice care alcătuiesc circuitul viitorului dispozitiv sunt complet imposibile.

În general, putem spune că legile lui Ohm și Kirchhoff sunt mai mult un „instrument” al unui inginer proiectant decât al unui electrician.