Jednoduchá definícia Ohmovho zákona. Všetky typy Ohmových zákonov

Ohmov empirický fyzikálny zákon pre časť obvodu zaviedol Georg Simon Ohm takmer pred dvoma storočiami a bol pomenovaný po tomto slávnom fyzikovi z Nemecka.

Práve tento zákon určuje vzťah, ktorý vzniká medzi elektromotorickou silou zdroja, silou elektrického prúdu a indikátormi odporu vo vnútri vodiča.

Uvažujme o definícii Ohmovho zákona.

Celý rozsah aplikovanej elektrotechniky je založený na Ohmovom fyzikálnom zákone a je zastúpený v dvoch hlavných formách:

časť elektrického obvodu;
kompletný elektrický obvod.

Vo svojej klasickej podobe je formulácia takéhoto zákona každému veľmi dobre známa už od školy: sila prúdu v elektrickom obvode je priamo úmerná indikátorom napätia a je tiež nepriamo úmerná indikátorom odporu.

Integrálna forma takéhoto zákona je nasledovná: I=U/R, Kde

I je indikátor sily prúdu, ktorý prechádza úsekom elektrického obvodu pri hodnotách odporu označených R;
U – indikátor napätia.

Je potrebné pripomenúť, že táto forma zákona okrem roztokov a kovov platí len pre elektrické obvody, v ktorých nie je skutočný zdroj prúdu alebo je ideálny.

Ohmov zákon pre nerovnomerný úsek obvodu

Úsek akéhokoľvek elektrického obvodu je nehomogénny, ak je k nemu pripojený zdroj elektromotorickej sily. V tomto elektrickom obvode sa teda odráža vplyv vonkajších síl.

I=ϕ2 -ϕ1 +ℰ/R + r, Kde

I - označenie sily prúdu;
ϕ 1 - označenie potenciálu bodu „A“;
ϕ 2 - označenie potenciálu bodu „B“;
ℰ - indikátory elektromotorickej sily zdroja elektrického prúdu vo voltoch;
R - označenie odporu sekcie;
r je vnútorný odpor zdroja prúdu.

Ohmov zákon pre časť obvodu

Štandardné nehomogénne úseky sú charakterizované prítomnosťou určitého rozdielu potenciálov na konci elektrického obvodu, ako aj vnútornými potenciálnymi rázmi.

V posledných rokoch odišiel z obehu a nahradili ho novšie modely. Takéto meracie zariadenia sa však stále používajú. V tomto článku sa pozrieme na to, ako správne nainštalovať indukčný merač.

Ako dlho sa môže elektromer zo zákona používať a kto by ho mal meniť, prečítajte si.

V niektorých prípadoch je výhodné použiť počítadlo deň-noc. Povieme vám, v akých prípadoch sú dvojité tarify výhodné a ako počítať.

Ohmov zákon pre časť obvodu

Podľa zákona je sila prúdu v úseku elektrického obvodu priamo úmerná úrovni napätia a nepriamo úmerná elektrickému odporu v danom úseku.

Napríklad, ak má vodič odpor 1 Ohm a prúd 1 Ampér, potom napätie na jeho koncoch bude 1 Volt, čo znamená pokles napätia alebo U = IR.

Ak majú konce vodiča napätie 1 volt a prúd 1 ampér, potom bude odpor vodiča 1 ohm alebo R = U / I

Časť obvodu môže byť reprezentovaná jednoduchým obvodom s jedným spotrebičom, paralelným zapojením s párom spotrebičov, ako aj sériovým pripojením a zmiešaným horným pripojením, ktoré sa vyznačuje kombináciou sériového a paralelného zapojenia.

Ohmov zákon pre časť obvodu s EMF

EMF alebo elektromotorická sila je fyzikálna veličina, ktorá určuje pomer vonkajších síl v procese pohybu náboja smerom ku kladnému pólu zdroja prúdu k hodnote daného náboja:

ε = zákon / q
ε – elektromotorická sila;
Zákon – pôsobenie vonkajších síl;
q – náboj;

Jednotkou merania elektromotorickej sily je V (volt)

Ohmov zákon pre časť obvodu s EMF

Analytické vyjadrenie zákona pre úsek obvodu so zdrojom elektromotorickej sily je nasledovné:

I = (φa – φc + E) / R = (Uac + E) / R;
I = (φa – φc – E) / R = (Uac – E) / R;
I = E/(R+ r), kde
E – indikátory elektromotorickej sily.

Elektrický prúd je v tomto prípade algebraický súčet získaný sčítaním indikátorov napätia na svorkách s indikátormi elektromotorickej sily, delený indikátormi odporu.

Pravidlo týkajúce sa prítomnosti jedného EMF uvádza: prítomnosť jednosmerného prúdu zahŕňa udržiavanie konštantného rozdielu potenciálov na koncoch elektrického obvodu prostredníctvom štandardného zdroja prúdu.

Vnútri zdroja elektrického prúdu sa kladný náboj prenáša smerom k vyššiemu potenciálu, pričom sa náboje rozdeľujú na kladné a záporné nabité častice.

Ohmov zákon pre časť obvodu bez EMF

Je potrebné vziať do úvahy, že pre časť obvodu, ktorá neobsahuje zdroj elektromotorickej sily, je vytvorené spojenie medzi elektrickým prúdom a indikátormi napätia v tejto časti.

I = E/R

Podľa tohto vzorca je sila prúdu priamo úmerná napätiu na koncoch časti elektrického obvodu a nepriamo úmerná indikátorom odporu v tejto časti.

Zdroj elektromotorickej sily

Vďaka vonkajším charakteristikám EMF sa určuje stupeň závislosti indikátorov napätia na svorkách zdroja a hodnota zaťaženia.

Napríklad U= E-R 0 x I podľa dvoch bodov: I=0 E=U a U=0 E=R0I.

Ideálny zdroj elektromotorickej sily: R0=0, U=E. V tomto prípade veľkosť zaťaženia neovplyvňuje hodnoty napätia.

Ohmov empirický fyzikálny zákon pre úplný obvod určuje dva dôsledky:

Za podmienok r< < R, показатели силы тока в электрической цепи являются обратно пропорциональными показателям сопротивления. В некоторых случаях источник может являться источником напряжения.
Za podmienok r > > R vlastnosti vonkajšieho elektrického obvodu alebo veľkosť zaťaženia neovplyvňujú ukazovatele prúdu a zdroj možno nazvať zdrojom prúdu.

Elektromotorická sila v uzavretom obvode s elektrickým prúdom sa najčastejšie rovná: E = Ir + IR = U(r) + U(R)

EMP teda možno definovať ako skalárnu fyzikálnu veličinu, ktorá odráža vplyv vonkajších síl neelektrického pôvodu.

Akceptované jednotky merania

Základné, všeobecne akceptované jednotky merania, ktoré sa používajú pri vykonávaní akýchkoľvek výpočtov týkajúcich sa Ohmovho zákona, zahŕňajú:

zobrazenie indikátorov napätia vo voltoch;
odraz aktuálnych ukazovateľov v ampéroch;
odraz indikátorov odporu v ohmoch.

Akékoľvek iné množstvá sa musia pred pokračovaním vo výpočtoch previesť na všeobecne akceptované.

Je dôležité si uvedomiť, že Ohmov fyzikálny zákon neplatí v nasledujúcich prípadoch:

vysoké frekvencie sprevádzané výraznou rýchlosťou zmeny elektrického poľa;
so supravodivosťou pri nízkych teplotách;
v žiarovkách, čo je spôsobené výrazným zahrievaním vodiča a nedostatkom linearity napätia;
v prípade poruchy spôsobenej vystavením vodiča alebo dielektrika vysokým hladinám napätia;
vnútri vákuových svetelných zdrojov a elektrónových trubíc naplnených zmesou plynov, vrátane fluorescenčných osvetľovacích zariadení.

Rovnaké pravidlo platí pre heterogénne polovodiče a polovodičové zariadenia charakterizované prítomnosťou p/n prechodov vrátane diódových a tranzistorových prvkov.

Čím presnejšie merač meria spotrebovanú energiu, tým lepšie. odráža možnú chybu meracieho zariadenia.

Hovorme o takej hodnote, ako je transformačný koeficient elektromera.

Video k téme

Ako je elektrický prúd, napätie, odpor a výkon. Nastal čas základných elektrických zákonov, takpovediac základov, bez ktorých znalosti a porozumenia nie je možné študovať a pochopiť elektronické obvody a zariadenia.

Ohmov zákon

Elektrický prúd, napätie, odpor a výkon spolu určite súvisia. A vzťah medzi nimi je bezpochyby opísaný najdôležitejším elektrickým zákonom - Ohmov zákon. V zjednodušenej forme sa tento zákon nazýva: Ohmov zákon pre úsek obvodu. A tento zákon znie takto:

"Sila prúdu v časti obvodu je priamo úmerná napätiu a nepriamo úmerná elektrickému odporu danej časti obvodu."

Pre praktickú aplikáciu môže byť vzorec Ohmovho zákona znázornený vo forme takého trojuholníka, ktorý okrem hlavného znázornenia vzorca pomôže určiť ďalšie veličiny.

Trojuholník funguje nasledovne. Ak chcete vypočítať jednu z veličín, stačí ju zakryť prstom. Napríklad:

V predchádzajúcom článku sme nakreslili analógiu medzi elektrinou a vodou a identifikovali vzťah medzi napätím, prúdom a odporom. Dobrým výkladom Ohmovho zákona môže byť aj nasledujúci obrázok, ktorý jasne ukazuje podstatu zákona:

Na ňom vidíme, že „Volt“ (napäťový) muž tlačí „Ampérového“ (prúdového) muža cez vodič, ktorý stiahne „Ohm“ (odpor) muža. Ukazuje sa teda, že čím silnejší odpor stláča vodič, tým ťažšie ním prúdi prúd („sila prúdu je nepriamo úmerná odporu časti obvodu“ - alebo čím väčší je odpor, tým horšie je to pre prúd a čím je menšie). Napätie však nespí a tlačí prúd zo všetkých síl (čím vyššie napätie, tým väčší prúd alebo - „sila prúdu v časti obvodu je priamo úmerná napätiu“).

Keď baterka začne slabo svietiť, povieme: „Batéria je slabá“. Čo sa s ním stalo, čo to znamená, že je vybitý? To znamená, že napätie batérie sa znížilo a už nie je schopná „pomáhať“ prúdu prekonať odpor obvodu baterky a žiarovky. Ukazuje sa teda, že čím vyššie je napätie, tým väčší je prúd.

Sériové zapojenie - sériový obvod

Pri sériovom pripájaní spotrebiteľov, napríklad obyčajných žiaroviek, je prúd v každom spotrebiteľovi rovnaký, ale napätie bude iné. Pri každom spotrebiteľovi napätie klesne (zníži sa).

A Ohmov zákon v sériovom obvode bude vyzerať takto:

Pri sériovom zapojení sa odpory spotrebiteľov sčítavajú. Vzorec na výpočet celkového odporu:

Paralelné zapojenie - paralelný obvod

Pri paralelnom pripojení sa na každého spotrebiteľa aplikuje rovnaké napätie, ale prúd cez každý zo spotrebiteľov, ak je ich odpor odlišný, bude iný.

Ohmov zákon pre paralelný obvod pozostávajúci z troch spotrebiteľov bude vyzerať takto:

Pri paralelnom zapojení bude celkový odpor obvodu vždy menší ako najmenší individuálny odpor. Alebo tiež hovoria, že „odpor bude menší ako najmenší“.

Celkový odpor obvodu pozostávajúceho z dvoch spotrebiteľov v paralelnom zapojení:

Celkový odpor obvodu pozostávajúceho z troch spotrebiteľov v paralelnom zapojení:

Pre väčší počet spotrebičov sa výpočet robí na základe skutočnosti, že pri paralelnom zapojení sa vodivosť (prevrátená hodnota odporu) vypočíta ako súčet vodivosti každého spotrebiča.

Elektrická energia

Výkon je fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje rýchlosť prenosu alebo premeny elektrickej energie. Výkon sa vypočíta podľa nasledujúceho vzorca:

Keď teda poznáme napätie zdroja a zmeriame spotrebovaný prúd, môžeme určiť výkon spotrebovaný elektrickým spotrebičom. A naopak, keď poznáme výkon elektrického spotrebiča a napätie v sieti, môžeme určiť množstvo spotrebovaného prúdu. Takéto výpočty sú niekedy potrebné. Na ochranu elektrických spotrebičov sa používajú napríklad poistky alebo ističe. Pre správny výber ochranných pomôcok potrebujete poznať aktuálny odber. Poistky používané v domácich spotrebičoch sú zvyčajne opraviteľné a stačí ich obnoviť

Georg Simon Ohm začal svoj výskum inšpirovaný slávnou prácou Jeana Baptista Fouriera „Analytická teória tepla“. Fourier v tejto práci reprezentoval tepelný tok medzi dvoma bodmi ako teplotný rozdiel a zmenu tepelného toku spájal s jeho prechodom cez prekážku nepravidelného tvaru z tepelne izolačného materiálu. Podobne Ohm spôsobil výskyt elektrického prúdu rozdielom potenciálov.

Na základe toho začal Ohm experimentovať s rôznymi materiálmi vodičov. Aby zistil ich vodivosť, spojil ich do série a upravil ich dĺžku tak, aby sila prúdu bola vo všetkých prípadoch rovnaká.

Pre takéto merania bolo dôležité vybrať vodiče rovnakého priemeru. Ohm, meranie vodivosti striebra a zlata, získalo výsledky, ktoré podľa moderných údajov nie sú presné. Ohmov strieborný vodič teda viedol menej elektrického prúdu ako zlato. Sám Om to vysvetlil tým, že jeho strieborný vodič bol potiahnutý olejom, a preto zrejme experiment neposkytol presné výsledky.

To však nebol jediný problém, s ktorým mali problémy fyzici, ktorí sa v tom čase zaoberali podobnými experimentmi s elektrinou. Veľké ťažkosti pri získavaní čistých materiálov bez nečistôt na experimenty a ťažkosti s kalibráciou priemeru vodiča skresľovali výsledky testu. Ešte väčším zádrhelom bolo, že sila prúdu sa počas testov neustále menila, keďže zdrojom prúdu boli striedavé chemické prvky. Za takýchto podmienok Ohm odvodil logaritmickú závislosť prúdu od odporu drôtu.

O niečo neskôr nemecký fyzik Poggendorff, ktorý sa špecializoval na elektrochémiu, navrhol, aby Ohm nahradil chemické prvky termočlánkom vyrobeným z bizmutu a medi. Om začal svoje experimenty znova. Tentoraz použil ako batériu termoelektrické zariadenie poháňané Seebeckovým efektom. K nemu do série pripojil 8 medených vodičov rovnakého priemeru, ale rôznych dĺžok. Na meranie prúdu Ohm zavesil magnetickú ihlu cez vodiče pomocou kovovej nite. Prúd prebiehajúci rovnobežne s touto šípkou ju posunul do strany. Keď sa to stalo, fyzik krútil vlákno, kým sa šípka nevrátila do pôvodnej polohy. Na základe uhla, v ktorom bola niť skrútená, sa dala posúdiť hodnota prúdu.

V dôsledku nového experimentu Ohm dospel k vzorcu:

X = a/b + 1

Tu X- intenzita magnetického poľa drôtu, l- dĺžka drôtu, a- konštantné napätie zdroja, b– odporová konštanta zostávajúcich prvkov obvodu.

Ak sa obrátime na moderné výrazy na opis tohto vzorca, dostaneme to X- sila prúdu, A– EMP zdroja, b + l– celkový odpor obvodu.

Ohmov zákon pre časť obvodu

Ohmov zákon pre samostatnú časť obvodu hovorí: sila prúdu v časti obvodu sa zvyšuje so zvyšovaním napätia a znižuje sa so zvyšujúcim sa odporom tejto časti.

I=U/R

Na základe tohto vzorca môžeme rozhodnúť, že odpor vodiča závisí od rozdielu potenciálov. Z matematického hľadiska je to správne, ale z hľadiska fyziky je to nepravda. Tento vzorec je použiteľný len na výpočet odporu na samostatnom úseku obvodu.

Vzorec na výpočet odporu vodiča teda bude mať tvar:

R = p⋅l/s

Ohmov zákon pre úplný obvod

Rozdiel medzi Ohmovým zákonom pre úplný obvod a Ohmovým zákonom pre časť obvodu je v tom, že teraz musíme brať do úvahy dva typy odporu. Toto je „R“ odpor všetkých komponentov systému a „r“ vnútorný odpor zdroja elektromotorickej sily. Vzorec má teda tvar:

I = U/R + r

Ohmov zákon pre striedavý prúd

Striedavý prúd sa líši od jednosmerného prúdu tým, že sa v určitých časových obdobiach mení. Konkrétne mení svoj význam a smer. Ak chcete použiť Ohmov zákon, musíte vziať do úvahy, že odpor v obvode s jednosmerným prúdom sa môže líšiť od odporu v obvode so striedavým prúdom. A líši sa, ak sú v obvode použité komponenty s reaktanciou. Reaktancia môže byť indukčná (cievky, transformátory, tlmivky) alebo kapacitná (kondenzátor).

Pokúsme sa zistiť, aký je skutočný rozdiel medzi jalovým a aktívnym odporom v obvode so striedavým prúdom. Už by ste mali pochopiť, že hodnota napätia a prúdu v takomto obvode sa v priebehu času mení a zhruba povedané, má tvar vlny.

Ak znázorníme, ako sa tieto dve hodnoty menia v priebehu času, dostaneme sínusoidu. Napätie aj prúd stúpajú z nuly na maximálnu hodnotu, potom pri poklese prechádzajú cez nulu a dosahujú maximálnu zápornú hodnotu. Potom opäť stúpajú cez nulu na maximálnu hodnotu a tak ďalej. Keď sa povie, že prúd alebo napätie je záporné, znamená to, že sa pohybuje opačným smerom.

Celý proces prebieha s určitou frekvenciou. Bod, v ktorom hodnota napätia alebo prúdu z minimálnej hodnoty stúpajúcej k maximálnej hodnote prechádza cez nulu, sa nazýva fáza.

V skutočnosti je to len predslov. Vráťme sa k reaktívnemu a aktívnemu odporu. Rozdiel je v tom, že v obvode s aktívnym odporom sa fáza prúdu zhoduje s fázou napätia. To znamená, že hodnota prúdu aj hodnota napätia dosahujú maximum v jednom smere súčasne. V tomto prípade sa náš vzorec na výpočet napätia, odporu alebo prúdu nemení.

Ak obvod obsahuje reaktanciu, fázy prúdu a napätia sa navzájom posunú o ¼ periódy. To znamená, že keď prúd dosiahne svoju maximálnu hodnotu, napätie bude nulové a naopak. Keď sa použije indukčná reaktancia, napäťová fáza "predbehne" fázu prúdu. Keď sa použije kapacita, súčasná fáza "predbehne" fázu napätia.

Vzorec na výpočet poklesu napätia na indukčnej reaktancii:

U = I ⋅ ωL

Kde L je indukčnosť reaktancie a ω – uhlová frekvencia (časová derivácia fázy kmitania).

Vzorec na výpočet poklesu napätia cez kapacitu:

U = I / ω ⋅ C

S– reaktančná kapacita.

Tieto dva vzorce sú špeciálnymi prípadmi Ohmovho zákona pre variabilné obvody.

Kompletný bude vyzerať takto:

I=U/Z

Tu Z– Celkový odpor premenlivého obvodu je známy ako impedancia.

Pôsobnosť

Ohmov zákon nie je základným zákonom fyziky, je to len pohodlná závislosť niektorých hodnôt od iných, ktorá je vhodná takmer v každej praktickej situácii. Preto bude jednoduchšie vymenovať situácie, keď zákon nemusí fungovať:

Ak existuje zotrvačnosť nosičov náboja, napríklad v niektorých vysokofrekvenčných elektrických poliach;
V supravodičoch;
Ak sa drôt zahreje do takej miery, že charakteristika prúdového napätia prestane byť lineárna. Napríklad v žiarovkách;
Vo vákuových a plynových rádiových trubiciach;
V diódach a tranzistoroch.

Ohmov zákon je základný zákon, ktorý sa používa pri výpočtoch jednosmerných obvodov. Je základný a môže byť použitý pre akékoľvek fyzikálne systémy, kde dochádza k prúdeniu častíc a polí a je prekonaný odpor.

Kirchhoffove zákony alebo pravidlá sú aplikáciou Ohmovho zákona, ktorý sa používa na výpočet zložitých jednosmerných elektrických obvodov.

Ohmov zákon

Zovšeobecnený Ohmov zákon pre nehomogénny úsek obvodu (úsek obvodu obsahujúci zdroj EMF) má tvar:

Potenciálny rozdiel na koncoch časti okruhu; - EMF zdroja v uvažovanej časti okruhu; R - vonkajší odpor obvodu; r je vnútorný odpor zdroja EMF. Ak je obvod otvorený, čo znamená, že v ňom nie je žiadny prúd (), potom z (2) dostaneme:

EMF pôsobiace v otvorenom okruhu sa rovná potenciálnemu rozdielu na jeho koncoch. Ukazuje sa, že na nájdenie EMF zdroja by ste mali merať potenciálny rozdiel na jeho svorkách s otvoreným obvodom.

Ohmov zákon pre uzavretý obvod je napísaný takto:

Množstvo sa niekedy nazýva celkový odpor obvodu. Vzorec (2) ukazuje, že elektromotorická sila zdroja prúdu delená celkovým odporom sa rovná prúdu v obvode.

Kirchhoffov zákon

Nech existuje ľubovoľná rozvetvená sieť vodičov. V určitých oblastiach sú zahrnuté rôzne zdroje prúdu. EMF zdrojov je konštantné a bude sa považovať za známe. V tomto prípade je možné vypočítať prúdy vo všetkých častiach obvodu a potenciálne rozdiely medzi nimi pomocou Ohmovho zákona a zákona o zachovaní náboja.

Na zjednodušenie riešenia problémov výpočtu rozvetvených elektrických obvodov, ktoré majú niekoľko uzavretých obvodov a niekoľko zdrojov EMF, sa používajú Kirchhoffove zákony (alebo pravidlá). Kirchhoffove pravidlá slúžia na vytvorenie systému rovníc, z ktorých sa zisťujú sily prúdu v prvkoch zložitého rozvetveného obvodu.

Prvý Kirchhoffov zákon

Súčet prúdov v uzle obvodu, berúc do úvahy ich znamienka, sa rovná nule:

Prvé Kirchhoffovo pravidlo je dôsledkom zákona zachovania elektrického náboja. Algebraický súčet prúdov konvergujúcich v akomkoľvek uzle v obvode je náboj, ktorý príde do uzla za jednotku času.

Pri zostavovaní rovníc pomocou Kirchhoffových zákonov je dôležité vziať do úvahy znaky, s ktorými sú v týchto rovniciach zahrnuté sily prúdu. Malo by sa predpokladať, že prúdy smerujúce do miesta vetvenia a vychádzajúce z vetvenia majú opačné znaky. V tomto prípade musíte sami určiť, ktorý smer (k uzlu alebo od neho) sa považuje za pozitívny.

Druhý Kirchhoffov zákon

Súčin algebraickej hodnoty prúdu (I) súčtom vonkajších a vnútorných odporov všetkých sekcií uzavretého obvodu sa rovná súčtu algebraických hodnôt vonkajšieho emf () príslušného obvodu. :

Každý produkt určuje potenciálny rozdiel, ktorý by existoval medzi koncami zodpovedajúcej sekcie, ak by emf v nej bolo rovné nule. Veličina sa nazýva úbytok napätia, ktorý je spôsobený prúdom.

Druhý Kirchhoffov zákon je niekedy formulovaný takto:

Pre uzavretý obvod je súčet poklesov napätia súčtom emf v uvažovanom obvode.

Druhé Kirchhoffovo pravidlo (zákon) je dôsledkom Ohmovho zovšeobecneného zákona. Ak je teda v izolovanom uzavretom okruhu jeden zdroj EMF, potom sila prúdu v okruhu bude taká, že súčet poklesu napätia na vonkajšom odpore a vnútorného odporu zdroja sa bude rovnať vonkajšiemu EMF. zdroja. Ak existuje niekoľko zdrojov EMF, vezmite ich algebraický súčet. Znamienko EMF sa vyberie pozitívne, ak sa pri pohybe pozdĺž obrysu v pozitívnom smere najskôr stretnete so záporným pólom zdroja. (Pozitívny smer premostenia okruhu sa považuje za smer premostenia okruhu buď v smere alebo proti smeru hodinových ručičiek).

Príklady riešenia problémov

PRÍKLAD 1

Cvičenie

Voltmeter bol zapojený do série s obvodom s odporom rovným a prístroj ukazoval napätie. Odpor bol nahradený . Súčasne sa zmenili hodnoty voltmetra a napätie na voltmetri sa zmenilo. Aký je odpor, ak je odpor voltmetra r?

Riešenie

Podľa Ohmovho zákona je sila prúdu, ktorý preteká voltmetrom, a odporom rovnaké (v prvom prípade, obr. 1(a)):

V druhom prípade:

Intenzita prúdu kdekoľvek v obvode na Obr. 1(a) sa rovná , preto sa napätie, ktoré ukazuje voltmeter v prvom prípade, rovná:

Z (1.3) dostaneme:

V druhom prípade máme:

Dajme rovnítko medzi ľavé strany výrazov (1.4) a (1.5):

Zo vzorca (1.6) vyjadríme požadovaný odpor:

Aký je Ohmov zákon pre úplný obvod? Toto je vzorec, v ktorom je jasne viditeľné spojenie medzi hlavnými parametrami elektrického obvodu: prúd, napätie a odpor. Aby sme pochopili podstatu zákona, pochopme najprv niektoré pojmy.

Ako sa nazýva elektrický obvod?

Elektrický obvod je dráha v elektrickom obvode, ktorou prúdia náboje (elektrické prvky, vodiče a iné zariadenia). Za jej začiatok sa samozrejme považuje zdroj energie. Pod vplyvom elektromagnetického poľa, fotonických javov alebo chemických procesov majú elektrické náboje tendenciu presúvať sa na opačnú svorku tohto zdroja energie.

Čo je elektrický prúd?

Usmernený pohyb nabitých častíc, keď sú vystavené elektrickému poľu alebo iným vonkajším silám, sa nazýva elektrický prúd. Jeho smer je určený smerom protónov (kladných nábojov). Prúd bude konštantný, ak sa jeho sila ani smer časom nezmenili.

História Ohmovho zákona

Pri vykonávaní experimentov s vodičom dokázal fyzik Georg Ohm zistiť, že sila prúdu je úmerná napätiu aplikovanému na jeho konce:

I / sim U alebo I = G / U,

kde G je elektrická vodivosť a hodnota R = 1 / G je elektrický odpor vodiča. Tento objav urobil slávny nemecký fyzik v roku 1827.

Ohmove zákony

Pre úplný obvod bude definícia nasledovná: sila prúdu v elektrickom obvode sa rovná pomeru elektromotorickej sily (ďalej len EMF) zdroja k súčtu odporov:

I = E / (R + r),

kde R je odpor vonkajšieho obvodu a r je vnútorný odpor zdroja prúdu. Formulácia zákona často spôsobuje ťažkosti, pretože nie každý pozná pojem EMF, jeho rozdiel od napätia a nie každý vie, čo znamená vnútorný odpor a odkiaľ pochádza. To je dôvod, prečo sú potrebné vysvetlenia, pretože Ohmov zákon pre úplný obvod má hlboký význam.

Formuláciu zákona pre reťazovú časť možno nazvať transparentnou. Ide o to, že na pochopenie nie je potrebné žiadne ďalšie vysvetlenie: prúd v obvode je priamo úmerný napätiu a nepriamo úmerný odporu:

Význam

Ohmov zákon pre úplný obvod úzko súvisí so zákonom zachovania energie. Predpokladajme, že zdroj prúdu nemá vnútorný odpor. Čo by sa malo stať v tomto prípade? Ukazuje sa, že ak by neexistoval žiadny odpor, do vonkajšieho obvodu by sa dostal väčší prúd, a preto by bol výkon väčší.

Teraz je čas pochopiť pojem elektromotorická sila. Táto hodnota predstavuje rozdiel medzi elektrickými potenciálmi na svorkách zdroja, ale len bez akejkoľvek záťaže. Vezmime si ako príklad tlak vody vo vyvýšenej nádrži. Hladina vody zostane na mieste, kým sa nezačne spotrebovať. Keď sa kohútik otvorí, hladina kvapaliny sa zníži, pretože nedochádza k čerpaniu. Keď voda vstúpi do potrubia, zažije odpor a to isté sa stane s elektrickými nábojmi v drôte.

Pri absencii záťaže sú svorky v otvorenom stave, ukazuje sa, že EMF a napätie sú rovnaké. Ak napríklad rozsvietime žiarovku, obvod sa uzavrie a elektromotorická sila v ňom vytvorí napätie a vykoná užitočnú prácu. Časť energie sa rozptýli v dôsledku vnútorného odporu (toto sa nazýva straty).

Ak je odpor spotrebiča menší ako vnútorný odpor, potom sa na zdroji prúdu uvoľní viac energie. A potom EMF vo vonkajšom okruhu klesne a významná časť energie sa stratí na vnútornom odpore. Podstatou zákonov ochrany je, že príroda si nemôže viac brať, ako dáva.

Podstatu vnútorného odporu dobre poznajú obyvatelia bytov z Chruščovovej éry, ktorých byty majú klimatizáciu, ale staré rozvody neboli nikdy vymenené. Elektromer sa točí závratnou rýchlosťou, zásuvka a stena sa nahrievajú v miestach, kde prechádzajú staré hliníkové drôty, v dôsledku čoho klimatizácia ledva ochladzuje vzduch v miestnosti.

Príroda r

„Full Ohm“ (ako sú elektrikári zvyknutí nazývať zákon) je zle pochopené, pretože vnútorný odpor zdroja spravidla nemá elektrický charakter. Pozrime sa na to na príklade soľnej batérie. Je známe, že elektrická batéria pozostáva z niekoľkých prvkov, ale budeme brať do úvahy iba jeden. Máme teda hotovú batériu Krona, ktorá sa skladá zo 7 prvkov zapojených do série.

Ako sa generuje prúd? Do nádoby s elektrolytom umiestnime uhlíkovú tyčinku v mangánovom obale, pozostávajúcom z kladných elektród alebo anód. V tomto konkrétnom príklade pôsobí uhlíková tyč ako zberač prúdu. Kovový zinok je tvorený zápornými elektródami (katódami). Batérie zakúpené v obchode zvyčajne obsahujú gélový elektrolyt. Kvapalina sa používa veľmi zriedkavo. Zinkový pohár s elektrolytom a anódami pôsobí ako záporná elektróda.

Ukazuje sa, že tajomstvo batérie spočíva v tom, že elektrický potenciál mangánu nie je taký vysoký ako u zinku. Preto sú elektróny priťahované ku katóde a tá zase odpudzuje kladne nabité ióny zinku k anóde. V dôsledku toho sa katóda postupne spotrebuje. Snáď každý vie, že ak sa vybitá batéria včas nevymení, môže vytiecť. S čím to súvisí? Všetko je veľmi jednoduché: elektrolyt začne vytekať cez odpojený pohár.

Keď sa náboje pohybujú na uhlíkovej tyči, kladné náboje sa hromadia v mangánovom obale, zatiaľ čo záporné náboje sa hromadia na zinku. Preto sa nazývajú anóda a katóda, ale vnútro batérií vyzerá inak. Rozdiel medzi nábojmi vytvorí elektromotorickú silu zdroja energie. Náboje sa prestanú pohybovať v elektrolyte, keď sa potenciálny rozdiel v materiáli elektródy rovná hodnote EMF a príťažlivé sily sa rovnajú odpudivým silám.

Teraz zatvorme obvod: na to stačí pripojiť žiarovku k batérii. Prechodom cez zdroj umelého svetla sa náboje vrátia na svoje miesto („domov“) a žiarovka sa rozsvieti. Vo vnútri batérie sa pohyb elektrónov a iónov znova začne, pretože náboje zhasli a znova sa objavila príťažlivá alebo odpudivá sila.

V skutočnosti batéria produkuje prúd, a preto sa žiarovka rozsvieti v dôsledku spotreby zinku, ktorý sa v tomto procese premieňa na iné chemické zlúčeniny. Na extrakciu čistého zinku je podľa zákona zachovania energie potrebné vynaložiť ho, ale nie v elektrickej forme (presne také množstvo, aké bolo dané do žiarovky).

Teraz môžeme konečne pochopiť povahu vnútorného odporu zdroja. V batérii je to prekážka pohybu veľkých iónov. Pohyb elektrónov bez iónov je nemožný, pretože neexistuje žiadna príťažlivá sila.

V priemyselných generátoroch sa r objavuje nielen v dôsledku elektrického odporu vinutia, ale aj z vonkajších dôvodov. Takže napríklad vo vodných elektrárňach závisí hodnota veličiny od účinnosti turbíny, odporu prietoku vody v potrubí, ako aj od strát v mechanickom prevode. Okrem toho má určitý vplyv teplota vody a jej zanášanie.

Striedavý prúd

Už sme sa pozreli na Ohmov zákon pre celý jednosmerný obvod. Ako sa zmení vzorec so striedavým prúdom? Kým sa nazdáme, poďme si charakterizovať samotný pojem. Striedavý prúd je pohyb elektricky nabitých častíc, ktorých smer a hodnota sa v čase mení. Na rozdiel od konštantného odporu je sprevádzaný ďalšími faktormi, ktoré generujú nový typ odporu (reaktívny). Je charakteristický pre kondenzátory a tlmivky.

Ohmov zákon pre úplný obvod pre striedavý prúd je:

kde Z je komplexný odpor pozostávajúci z aktívnych a reaktívnych.

Nie je všetko zlé

Ohmov zákon pre úplný obvod okrem indikácie energetických strát navrhuje aj spôsoby ich eliminácie. Bežní elektrikári zriedka používajú vzorec na nájdenie komplexného odporu, keď sú v obvode kapacity alebo indukčnosti. Vo väčšine prípadov sa prúd meria pomocou svoriek alebo špeciálneho testera. A keď je známe napätie, komplexný odpor sa dá ľahko vypočítať (ak je to skutočne potrebné).

ZÁKON OHM(pomenovaná podľa nemeckého fyzika G. Ohma (1787-1854)) – jednotka elektrického odporu. Označenie Ohm. Ohm– odpor vodiča medzi ktorého koncami pri prúdovej sile 1 A vzniká napätie 1 V.

Ohmov zákon hovorí: Intenzita prúdu v homogénnom úseku obvodu je priamo úmerná napätiu aplikovanému na úsek a nepriamo úmerná elektrickému odporu tohto úseku.

A je to napísané podľa vzorca: R=U/I.(Kde: ja- sila prúdu (A), U- Napätie (B), R- odpor (Ohm).)

Treba mať na pamäti, že Ohmov zákon je zásadný a možno ho aplikovať na akýkoľvek fyzikálny systém, v ktorom sú toky častíc alebo polí, ktoré prekonávajú odpor. Môže sa použiť na výpočet hydraulických, pneumatických, magnetických, elektrických, svetelných, tepelných tokov atď., rovnako ako Kirchhoffove zákony, avšak táto aplikácia tohto zákona sa používa veľmi zriedkavo vo vysoko špecializovaných výpočtoch.

Vzťah medzi poklesom napätia na vodiči, jeho odporom a prúdovou silou je ľahko zapamätateľný vo forme trojuholníka, na vrcholoch ktorého sú symboly U, ja, R.

Kirchhoffove zákony

Kirchhoffove zákony (alebo Kirchhoffove pravidlá) sú vzťahy, ktoré sú splnené medzi prúdmi a napätiami v častiach akéhokoľvek elektrického obvodu. Kirchhoffove pravidlá umožňujú vypočítať akékoľvek elektrické obvody jednosmerného a kvázistacionárneho prúdu. V elektrotechnike majú osobitný význam pre svoju všestrannosť, pretože sú vhodné na riešenie akýchkoľvek elektrických problémov. Aplikácia Kirchhoffových pravidiel na obvod umožňuje získať systém lineárnych rovníc pre prúdy a podľa toho nájsť hodnotu prúdov vo všetkých vetvách obvodu.

Na formuláciu Kirchhoffových zákonov sa v elektrickom obvode rozlišujú uzly - spojovacie body troch alebo viacerých vodičov a obrysy - uzavreté dráhy vodičov. V tomto prípade môže byť každý vodič zahrnutý do niekoľkých obvodov.
V tomto prípade sú zákony formulované nasledovne.

Prvý zákon(ZTK, Kirchhoffov zákon prúdov) uvádza, že algebraický súčet prúdov v ktoromkoľvek uzle akéhokoľvek obvodu sa rovná nule (hodnoty pretekajúcich prúdov sa berú s opačným znamienkom):

Inými slovami, koľko prúdu tečie do uzla, toľko z neho tečie. Tento zákon vyplýva zo zákona zachovania náboja. Ak reťaz obsahuje p uzly, potom je to popísané p - 1 prúdové rovnice. Tento zákon možno aplikovať aj na iné fyzikálne javy (napríklad vodovodné potrubia), kde platí zákon zachovania množstva a prietoku tohto množstva.

Druhý zákon(ZNK, Kirchhoffov stresový zákon) uvádza, že algebraický súčet poklesov napätia pozdĺž akéhokoľvek uzavretého obrysu obvodu sa rovná algebraickému súčtu emf pôsobiacich pozdĺž toho istého obrysu. Ak v obvode nie je EMF, potom je celkový pokles napätia nulový:

pre konštantné napätie:

pre striedavé napätie:

Inými slovami, pri obchádzaní okruhu pozdĺž okruhu sa potenciál, meniaci sa, vracia na svoju pôvodnú hodnotu. Ak obvod obsahuje vetvy, z ktorých vetvy obsahujú zdroje prúdu v množstve , potom je opísaný napäťovými rovnicami. Špeciálnym prípadom druhého pravidla pre obvod pozostávajúci z jedného obvodu je Ohmov zákon pre tento obvod.
Kirchhoffove zákony platia pre lineárne a nelineárne obvody pre akýkoľvek typ zmeny prúdov a napätí v priebehu času.

Na tomto obrázku je pre každý vodič označený prúd, ktorý ním preteká (písmeno „I“) a napätie medzi uzlami, ktoré spája (písmeno „U“).

Napríklad pre obvod znázornený na obrázku sú v súlade s prvým zákonom splnené tieto vzťahy:

Všimnite si, že pre každý uzol musí byť zvolený kladný smer, napríklad tu sa prúdy tečúce do uzla považujú za kladné a prúdy tečúce von sa považujú za záporné.
V súlade s druhým zákonom platia tieto vzťahy:

Ak sa smer prúdu zhoduje so smerom obchádzania obvodu (ktorý je zvolený ľubovoľne), pokles napätia sa považuje za pozitívny, inak - negatívny.

Kirchhoffove zákony, napísané pre uzly a obvody obvodu, poskytujú úplný systém lineárnych rovníc, ktorý umožňuje nájsť všetky prúdy a napätia.

Existuje názor, podľa ktorého by sa „Kirchhoffove zákony“ mali nazývať „Kirchhoffove pravidlá“, pretože neodrážajú základné podstaty prírody (a nie sú zovšeobecnením veľkého množstva experimentálnych údajov), ale možno ich odvodiť z iných ustanovenia a predpoklady.

Všetky Ohmove zákony (definície)

[O zrade]

EMF a Ohmov zákon pre úplný obvod
Vonkajšie sily. Na udržanie konštantného prúdu vo vodiči je potrebné udržiavať konštantný potenciálny rozdiel na jeho koncoch. Preto v prúdovom obvode musí byť zariadenie, v ktorom sa pohyb nábojov vyskytuje v smere opačnom k smeru tohto pohybu vo vonkajšom obvode (od „mínus“ po „plus“). Tie sily, iné ako elektrostatické, ktoré pôsobia na náboje a spôsobujú ich pohyb proti silám elektrického poľa, sa nazývajú vonkajšie sily. Ak by tieto sily neexistovali v uzavretom okruhu, potom by práca vykonaná na pohyb nábojov pozdĺž uzavretého okruhu iba v dôsledku elektrostatických síl bola nulová. Skúsenosti však ukazujú, že vo vodiči s prúdom sa uvoľňuje určité množstvo tepla. Preto musí existovať zdroj energie, ktorý udržiava prúd v obvode a vyrovnáva stratu energie v dôsledku zahrievania vodiča. Známym príkladom zariadenia, ktoré udržiava konštantný prúd v obvode, je batéria baterky, kde vonkajšie sily sú chemické sily.

Podľa definície je elektromotorická sila (EMF) pomerom práce vykonanej vonkajšími silami Ac na presun náboja q k veľkosti tohto náboja:

Rozmer EMF sa zhoduje s rozmerom napätia: [E] = V.

Ohmov zákon pre úplný obvod. Akýkoľvek prúdový zdroj má okrem EMF aj nejaký vnútorný odpor r. Celkový odpor obvodu je súčtom vonkajších a vnútorných odporov R + r.

Podľa zákona zachovania energie sa v ustálenom stave prechodu jednosmerného prúdu musí množstvo tepla uvoľneného v obvode Q = I2RDt + I2rDt rovnať práci vonkajších síl v zdroji prúdu. Túto prácu za čas Dt možno zapísať v tvare Аst = Dq = IDt, kde Dq = IDt je množstvo náboja prenášaného vonkajšími silami. Z podmienky Аst = Q nájdeme E= IR + Ir alebo

Tento vzorec sa nazýva Ohmov zákon pre úplný obvod.

Kirchhoffove pravidlá. Ak je v obvode náhodne zapojených niekoľko EMF a niekoľko rezistorov (v sérii alebo paralelne), potom na výpočet celkového EMF pôsobiaceho v obvode a aktuálnej hodnoty v jednotlivých sekciách by ste mali použiť pravidlá formulované G. Kirchhoffom. V prvom rade by ste sa mali dohodnúť na smere prúdu v obvode. Podľa konvencie sa prúd považuje za kladný, ak jeho smer zodpovedá smeru pohybu kladných nábojov. Druhá podmienka: prúd smeruje vždy z bodu s vyšším potenciálom do bodu s nižším potenciálom. Rozdiel medzi potenciálnymi hodnotami v bodoch pred prvkom obvodu a za týmto prvkom sa nazýva pokles napätia na prvku obvodu. Preto, keď prúd prechádza aktívnym odporom, U = j1 - j2 > 0 a Ohmov zákon bude napísaný v tvare: U = IR.

Ak je v obvode viac ako jeden obvod (t. j. prvky sú zapojené paralelne), potom možno definovať pojem uzla - bod pripojenia viacerých vodičov.

Olya Semjonová

Ohmov zákon je empirický fyzikálny zákon, ktorý určuje vzťah medzi elektromotorickou silou zdroja (alebo elektrickým napätím) a silou prúdu pretekajúceho vodičom a odporom vodiča. Inštalovaný Georgom Ohmom v roku 1826 a pomenovaný vo svojom

Čo je Ohmov zákon

Elman Gurbanov

Ohmov zákon je fyzikálny zákon, ktorý definuje vzťah medzi napätím, prúdom a odporom vodiča v elektrickom obvode. Pomenovaný po svojom objaviteľovi Georgovi Ohmovi.
Ohmov zákon hovorí: "Sila prúdu v homogénnej sekcii obvodu je priamo úmerná napätiu aplikovanému na sekciu a nepriamo úmerná elektrickému odporu tejto sekcie."
Zákon OMA je napísaný vzorcom: I=U/R,
kde: I - prúd, U - napätie, R - odpor.
Treba mať na pamäti, že Ohmov zákon je zásadný a možno ho aplikovať na akýkoľvek fyzikálny systém, v ktorom sú toky častíc alebo polí, ktoré prekonávajú odpor. Môže byť použitý na výpočet hydraulických, pneumatických, magnetických, elektrických, svetelných, tepelných tokov atď., rovnako ako Kirchhoffove zákony, avšak táto aplikácia tohto zákona sa v rámci vysoko špecializovaných výpočtov používa veľmi zriedka.

Môže byť užitočné prečítať si: