Ohmov zakon za cijeli lanac: povijest i formule.

Kakav je Ohmov zakon za cijeli lanac? Dakle, ovo je formula u kojoj je jasno vidljiva veza glavnih parametara električnog kruga: struja, napon i otpor. Da bismo razumjeli bit zakona, prvo se pozabavimo nekim pojmovima.

Što se zove električni krug?

Električni krug je put u strujnom krugu koji teče punjenja (električna elementi, žice i drugi uređaji). Naravno, njegov početak se smatra izvorom energije. Pod utjecajem elektromagnetskog polja, fenomena fotona ili kemijskih procesa, električni naboj nastoji prijeći na suprotni terminal tog izvora energije.

Što je električna struja?

Naziva se usmjereno kretanje nabijenih čestica kada je izloženo električnom polju ili drugim vanjskim silama električna struja. Smjer mu je određen usmjerenošću protona (pozitivnih naboja). Struja će biti konstantna, ako se s vremenom nije promijenila ni njezina snaga niti smjer.

Povijest Ohmova prava

Kada je provodio eksperimente s dirigentom, fizičar George Ohm uspio je utvrditi da je struja proporcionalna naponu koji se primjenjuje na njegove krajeve:

I / sim U ili I = G / U,

gdje je G električna provodljivost, a vrijednost R = 1 / G je električni otpor vodiča. Ovo otkriće utemeljio je poznati njemački fizičar 1827.

Ohmovi zakoni

Za kompletan krug, definicija će biti sljedeća: struja u električnom krugu jednaka je omjeru elektromotorne sile (u daljnjem tekstu EMF) izvora prema zbroju otpora:

I = E / (R + r)

gdje je R otpor vanjskog kruga, a r je unutarnji otpor trenutni izvor. Vrlo često, formuliranje zakona uzrokuje poteškoće, jer ne poznaju svi pojam EMF-a, njegova razlika od napona, ne znaju svi što to znači i odakle dolazi unutarnji otpor. Za to je potrebno i pojašnjenje, jer Ohmov zakon za cjeloviti lanac ima duboko značenje.

Tekst zakona o lančanom odjeljku može se nazvati transparentnim. Radi se o tome da za njegovo razumijevanje nisu potrebna dodatna objašnjenja: struja u krugu je izravno proporcionalna naponu i obrnuto proporcionalna otpornosti:

I = U / R.

smisao

Ohmov zakon za cjeloviti sklop čvrsto je povezan s zakonom o očuvanju energije. Pretpostavimo da trenutni izvor nema unutarnji otpor. Što bi se onda trebalo dogoditi? Ispostavilo se da ako nema otpora, tada će se veća struja dati vanjskom krugu, a snaga će biti veća.

Sada je vrijeme da se bavimo konceptom elektromotorne sile. Ova vrijednost predstavlja razliku između električnih potencijala na izvorima terminala, ali samo bez opterećenja. Primjerice, uzmimo pritisak vode u podignutom spremniku. Razina vode će biti na mjestu dok se ne potroši. Kada otvorite ventil, razina tekućine će se smanjiti, jer nema zamjene. Ulazeći u cijev, voda doživljava otpor, isto se događa s električnim nabojem u žici.

U nedostatku opterećenja, terminali su u otvorenom stanju, ispada da se EMF i napon podudaraju u veličini. Ako, primjerice, uključimo žarulju, sklop se zatvara, a elektromotorna sila će stvoriti napetost u njoj, radeći korisno. Dio energije zbog unutarnjeg otpora će se raspršiti (to se naziva gubitkom).

U tom slučaju, ako je otpor potrošača manji od unutarnjeg, tada se na trenutnom izvoru dodjeljuje velika snaga. A onda dolazi do pada EMF-a u vanjskom krugu, a na unutarnjem otporu gubi se značajan dio energije. Suština zakona očuvanja je da priroda ne može uzeti više od davanja.

Suština unutrašnjeg otpora stanovnicima "Hruščova", koji imaju klimatizaciju u stanovima, a stara ožičenja nisu zamijenjena, dobro je poznata. Električno brojilo okreće se s velikom brzinom, zagrijava utičnicu i zid gdje prolaze stare aluminijske žice, zbog čega klima uređaj jedva hladi zrak u prostoriji.

Priroda r

"Potpuni Ohm" (kako se zakon koristi za pozivanje električara) slabo je shvaćen, budući da unutarnji otpor izvora, u pravilu, nije električan. Razmotrimo ovo na primjeru solne baterije. Poznato je da se električna baterija sastoji od nekoliko elemenata, ali ćemo razmotriti samo jedan. Dakle, imamo gotovu bateriju "Krone" koja se sastoji od 7 serijski spojenih elemenata.

Kako se odvija trenutna generacija? U posudi s elektrolitom stavljamo ugljični štap u mangansku ljusku koja se sastoji od pozitivnih elektroda ili anoda. Naime, u ovom primjeru štap ugljika djeluje kao strujni kolektor. Metalni cink čine negativne elektrode (katode). U kupnju baterija, u pravilu, gel elektrolita. Tekućina se koristi vrlo rijetko. Cink šalica s elektrolitom i anodama djeluje kao negativna elektroda.

Pokazalo se da tajna baterije leži u činjenici da mangan ima električni potencijal koji nije tako visok kao onaj cinka. Dakle, elektroni su privučeni katodom, a ona potiskuje pozitivno nabijene ione cinka u anodu. Kao rezultat, katoda se postupno konzumira. Možda svi znaju da ako se mrtva baterija ne zamijeni pravodobno, onda može propuštati. Koji je razlog? Sve je vrlo jednostavno: elektrolit će početi teći kroz nepovezanu šalicu.

Kada se naboji kreću na štapić ugljika, pozitivne se naboje akumuliraju u ovojnici mangana, dok se negativni naboji skupljaju na cinku. Stoga se nazivaju anoda i katoda, ali unutar baterije izgledaju drugačije. Razlika između naboja i stvaranja elektromotorne sile izvor napajanja. Punjenje će se zaustaviti u elektrolitu, kada je razlika potencijala elektrodnog materijala jednaka vrijednosti EMF-a, a sile privlačenja jednake su odbojnim silama.

Zatvorimo krug: dovoljno je spojiti žarulju na bateriju. Prolazeći kroz umjetni izvor svjetlosti, naboji će se svaki vratiti na svoje mjesto ("dom"), a žarulja će zasvijetliti. Unutar baterije, pokreti elektrona i iona će početi ponovno, dok su naboji izlazili, a privlačna ili odbojna sila se ponovno pojavila.

Zapravo, baterija proizvodi struju, zbog čega žarulja sjaji, to je zbog potrošnje cinka, koji se u tom procesu pretvara u druge kemijske spojeve. Za ekstrakciju čistog cinka, prema zakon o uštedi energije trebate ga potrošiti, ali ne u električnom obliku (točno onoliko koliko je bila dana žarulja).

Konačno, možemo se nositi s prirodom unutarnjeg otpora izvora. U bateriji, to je prepreka kretanju velikih iona. Kretanje elektrona bez iona je nemoguće jer nema sile privlačenja.

U industrijskim generatorima r se pojavljuje ne samo zbog električnog otpora namota, već i zbog vanjskih uzroka. Tako, na primjer, u hidroelektranama, veličina magnitude ovisi o učinkovitosti turbine, otpornosti protoka vode u cjevovodu, kao i gubicima u mehaničkom prijenosu. Osim toga, neki utječu na temperaturu vode i kako se ona nasuti.

Izmjenična struja

Već smo razmotrili Ohmov zakon za cijeli krug za istosmjernu struju. Kako se formula mijenja s izmjeničnom strujom? Prije nego to saznamo, opisat ćemo sam koncept. Naizmjenična struja je kretanje električki nabijenih čestica, čiji se smjer i vrijednost mijenjaju tijekom vremena. Nasuprot konstanti, prate ga dodatni čimbenici koji stvaraju novu vrstu otpora (reaktivni). To je karakteristično za kondenzatore i induktore.

Ohmov zakon za kompletan krug za AC ima oblik:

I = U / Z

gdje je Z impedancija koja se sastoji od aktivnog i reaktivnog.

Nije tako loše

Ohmov zakon za kompletan krug, osim što ukazuje na gubitak energije, također predlaže načine za njihovo uklanjanje. Konvencionalni električari rijetko koriste formulu za pronalaženje složenog otpora u prisutnosti kapacitivnosti ili induktiviteta u krugu. U većini slučajeva, struja se mjeri pomoću grinja ili posebnog ispitivača. A kada je napon poznat, lako se može izračunati kompleksni otpor (ako je stvarno potreban).