Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Pro elektrikáře a elektroniku je jedním ze základních zákonů Ohmův zákon. Práce každý den stanovuje pro odborníka nové úkoly a často je nutné zvolit náhradu za vypálený odpor nebo skupinu prvků. Elektrikář musí často měnit kabely, aby si mohl vybrat ten správný, který potřebuje „zjistit“ proud v zátěži, takže je třeba použít nejjednodušší fyzikální zákony a vztahy v každodenním životě. Hodnota Ohmova zákona v elektrotechnice je kolosální, mimochodem většina prací v oboru elektrotechnických oborů je vypočtena o 70–90% pomocí jednoho vzorce.

Historické pozadí

Rok objevu Ohmův zákon - 1826 německým vědcem Georgem Om. Empiricky určil a popsal zákon o poměru proudu, napětí a typu vodiče. Později se ukázalo, že třetí složka není nic jiného než odpor. Následně, tento zákon byl jmenován ve cti objevitele, ale záležitost nebyla omezená na právo, jeho jméno bylo nazýváno fyzickou kvantitou, jako hold jeho pracím.

Velikost, ve které se měří odpor, je pojmenována po George Ohm. Například rezistory mají dvě hlavní charakteristiky: výkon ve wattech a odpor - měrnou jednotku v Ohmech, kilohmech, megohmech atd.

Ohmův zákon pro řetězovou sekci

K popisu elektrického obvodu, který neobsahuje emf, můžete použít Ohmův zákon pro obvodovou část. Toto je nejjednodušší forma záznamu. Vypadá to takto:

I = U / R

Kde I je proud, měřeno v ampérech, U je napětí ve voltech, R je odpor v ohmech.

Tento vzorec nám říká, že proud je přímo úměrný napětí a nepřímo úměrný odporu - to je přesné složení Ohmova zákona. Fyzikální význam tohoto vzorce je popsat závislost proudu přes sekci obvodu s jeho známým odporem a napětím.

Pozor! Tento vzorec platí pro stejnosměrný proud, pro střídavý proud má nepatrné rozdíly, k tomu se vrátíme později.

Kromě poměru elektrických veličin, tato forma nám říká, že graf proudu versus napětí v odporu je lineární a rovnice funkce je splněna:

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

Ohmův zákon pro obvodovou sekci se používá pro výpočet odporu odporu v sekci obvodu nebo pro stanovení proudu skrze něj při známém napětí a odporu. Například máme odpor R s odporem 6 ohmů, na jeho svorky je aplikováno napětí 12 V. Je nutné vědět, jaký proud bude protékat. Vypočítat:

I = 12 V / 6 Ohm = 2 A

Ideální vodič nemá žádnou odolnost, nicméně vzhledem ke struktuře molekul substance, ze které se skládá, má jakékoliv vodivé těleso odpor. To byl například důvod pro přechod z hliníkových drátů na měď v domácích elektrických sítích. Odpor mědi (ohmy na metr délky) je menší než hliník. Proto měděné dráty ohřívají méně, vydrží vysoké proudy, takže můžete použít menší průřez vodiče.

Dalším příkladem je to, že spirály topných zařízení a rezistorů mají vysoký specifický odpor, protože od té doby mají spirály vysoké odpor vyrobené z různých vysoce odolných kovů, jako je nichrom, cantal atd. Když se nosiče náboje pohybují přes vodič, srazí se s částicemi v krystalové mřížce, v důsledku čehož se energie uvolňuje ve formě tepla a vodič se zahřívá. Čím více proudu - tím více kolizí - tím více tepla.

Pro snížení tepelného vodiče je třeba buď zkrátit nebo zvýšit jeho tloušťku (průřez). Tyto informace mohou být zapsány jako vzorec:

R vodič = ρ (L / S)

Kde ρ je odpor v Ohm * mm 2 / m, L je délka vm, S je plocha průřezu.

Ohmův zákon pro paralelní a sériový obvod

V závislosti na typu připojení je zde rozdílná struktura proudu a rozložení napětí. Pro řetězovou část sériového zapojení prvků napětí, proud a odpor jsou podle vzorce:

I = I1 = I2

U = U1 + U2

R = R1 + R2

To znamená, že stejný proud teče v obvodu z libovolného počtu sériově zapojených prvků. V tomto případě se napětí aplikované na všechny prvky (součet úbytků napětí) rovná výstupnímu napětí zdroje. Každý prvek je individuálně aplikován na svou vlastní hodnotu napětí a závisí na proudové síle a odporu specifického:

U el = prvek I * R

Odpor řetězového úseku u paralelně spojených prvků se vypočítá podle vzorce:

I = I1 + I2

U = U1 = U2

1 / R = 1 / R1 + 1 / R2

Pro smíšenou směs je třeba uvést řetěz do ekvivalentní formy. Pokud je například jeden odpor připojen ke dvěma paralelně zapojeným rezistorům, pak nejprve odečtěte odpor paralelně zapojených odporů. Získáte celkový odpor obou odporů a je třeba jej přidat do třetí, která je s nimi spojena v sérii.

Ohmův zákon pro kompletní řetězec

Celý obvod vyžaduje zdroj napájení. Ideální zdroj energie je zařízení, které má jednu charakteristiku:

  • napětí, pokud je zdrojem emf;
  • proudová síla, pokud je zdrojem proudu;

Takový zdroj energie je schopen dodávat jakýkoliv výkon s konstantními výstupními parametry. V reálném napájecím zdroji jsou také parametry jako výkon a vnitřní odpor. Ve skutečnosti je vnitřní odpor imaginární odpor instalovaný v sérii se zdrojem EMF.

Vzorec Ohmova zákona pro úplný okruh vypadá podobně, ale k PI je přidán vnitřní odpor. Pro celý okruh je napsán vzorec:

I = ε / (R + r)

Kde ε je EMF ve voltech, R je odpor zátěže, r je vnitřní odpor napájecího zdroje.

V praxi je vnitřní odpor Ohmovými frakcemi a pro galvanické zdroje se významně zvyšuje. Pozorovali jste to, když je stejné napětí aplikováno na dvě baterie (nové a nízké), ale jeden dává potřebný proud a pracuje správně a druhý nefunguje, protože poklesne při sebemenším zatížení.

Ohmův zákon v diferenciální a integrální podobě

Pro homogenní část obvodu jsou výše uvedené vzorce platné, pro nestejnoměrný vodič je nutné jej rozdělit na nejkratší možné segmenty tak, aby se v tomto segmentu minimalizovaly změny v jeho rozměrech. Toto se nazývá Ohmův zákon v diferenciální podobě.

Jinými slovy: hustota proudu je přímo úměrná intenzitě a specifické vodivosti pro nekonečně malou část vodiče.

V integrální podobě:

Ohmův zákon pro střídavý proud

Při výpočtu střídavých obvodů se místo koncepce odporu zavádí pojem impedance. Impedance je označena písmenem Z, zahrnuje aktivní odpor zátěže Ra a reaktance X (nebo R r ). To je způsobeno tvarem sinusového proudu (a proudů jiných forem) a parametrů indukčních prvků, jakož i zákonů spínání:

  1. Proud v obvodu s indukčností se nemůže okamžitě měnit.
  2. Napětí v obvodu s kapacitou se nemůže okamžitě měnit.

Proud tedy začíná zpožďovat nebo předvídat napětí a celkový výkon je rozdělen na aktivní a reaktivní.

U = I * Z

X L a X C jsou reaktivní složky zátěže.

V souvislosti s tím je zavedena hodnota cosF:

Zde - Q - jalový výkon způsobený střídavými a indukčně kapacitními složkami, P - činný výkon (přiřazený aktivním komponentům), S - celkový výkon, cosF - účiník.

Možná jste si všimli, že vzorec a jeho reprezentace se protínají s Pythagorovou teorémem. To je skutečně případ a úhel F závisí na tom, jak velká je reaktivní složka zátěže - čím je větší, tím je větší. V praxi to vede k tomu, že skutečný proud tekoucí v síti je větší než ten, který je zohledněn v metru domácností, zatímco podniky platí za plný výkon.

Odpor je prezentován ve složité formě:

Zde j je imaginární jednotka, která je typická pro komplexní typ rovnic. To je méně často označované jak i, ale v elektrotechnice aktuální hodnota střídavého proudu je také označena, proto, aby nedošlo k záměně, je lepší použít j.

Imaginární jednotka je √-1. Je logické, že takovéto číslo není při squaringu, který může mít negativní výsledek "-1".

Jak si pamatovat Ohmův zákon

Vzpomenout si na Ohmův zákon - můžete si zapamatovat znění jednoduchými slovy jako:

Čím vyšší je napětí - tím větší je proud, tím větší je odpor - tím nižší je proud.

Nebo použijte mnemotechnické obrázky a pravidla. První je představení Ohmova zákona ve formě pyramidy - stručně a jasně.

Pravidlo mnemotechniky je zjednodušenou formou konceptu pro jednoduché a snadné pochopení a studium. Může to být buď ústně, nebo graficky. Chcete-li správně najít požadovaný vzorec - zavřete požadovanou hodnotu prstem a získejte odpověď ve formě produktu nebo soukromé. Jak to funguje:

Druhou je karikatura. Zde je ukázáno: čím více se Om pokouší, tím tvrdší Amper prochází a čím více Volt - tím snadnější Amper projde.

Nakonec doporučujeme sledovat užitečné video, které vysvětluje Ohmův zákon a jeho aplikaci jednoduchými slovy:

Ohmův zákon - jeden ze základních v elektrotechnice, bez jeho znalostí je většina výpočtů nemožná. V každodenní práci je často nutné převést zesilovače na kilowatty nebo určit proud odporem. Není vůbec nutné rozumět jeho závěru a původu všech veličin - ale konečné vzorce jsou pro zvládnutí povinné. Závěrem bych rád poznamenal, že je zde staré komické přísloví od elektrikářů: " Pokud neznáte Ohm, zůstaňte doma." A pokud je v každém vtipu zrnko pravdy, pak je toto zrno pravdy 100%. Studujte teoretické základy, chcete-li se stát profesionálem v praxi, a další články z našich stránek vám s tím pomohou.

Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Kategorie:

Znalostní báze