Ohmov zakon za celotno verigo in za del verige: možnosti formule, opis in razlaga

Za zaprt krog

Zaprto vezje pomeni zaprto električno povezavo, po kateri kroži tok. Ko je vrsta žic, ki se med seboj povezujejo in zaključijo vezje, tako da tečem od enega konca kroga do drugega, bo to zaprto vezje.

EMF (E) - označen in merjen v voltih in se nanaša na napetost, ki jo ustvari baterija ali magnetna sila po Faradayevem zakonu, ki pravi, da bo časovno spremenljivo magnetno polje induciralo električni tok.

Potem: E = IR + Ir

E \u003d I (R + r)

I \u003d E / (R + r)

Kjer je: r upor tokovnega vira.

Ta izraz je znan kot Ohmov zakon tokokrogov zaprte zanke.

Heterogena veriga

Ločen odsek in celoten električni tokokrog

Ohmov zakon, ki se uporablja za odsek ali celotno vezje, je mogoče obravnavati v dveh možnostih izračuna:

• Ločen kratek odsek. Je del vezja brez vira EMF.
• Celotna veriga, sestavljena iz enega ali več odsekov. Sem spada tudi vir EMF z lastnim notranjim uporom.

Izračun tokovnega odseka električnega tokokroga

V tem primeru se uporabi osnovna formula I \u003d U / R, v kateri je I trenutna jakost, U je napetost, R je upor. Po njem je mogoče oblikovati splošno sprejeto razlago Ohmovega zakona:

Ta formulacija je osnova za številne druge formule, predstavljene na tako imenovani "kamilici" v grafičnem oblikovanju. V sektorju P - se določi moč, v sektorjih I, U in R - se izvajajo dejanja, povezana s tokovno jakostjo, napetostjo in upornostjo.

Vsak izraz - tako osnovni kot dodatni, vam omogoča izračun natančnih parametrov elementov, namenjenih uporabi v vezju.

Strokovnjaki, ki delajo z električnimi vezji, izvedejo hitro določitev katerega koli od parametrov z metodo trikotnika, prikazano na sliki.

Pri izračunih je treba upoštevati odpornost vodnikov, ki povezujejo elemente odseka. Ker so izdelani iz različnih materialov, bo ta parameter v vsakem primeru drugačen.Če je treba oblikovati popolno vezje, se glavna formula dopolni s parametri napetostnega vira, na primer baterije.

Možnost izračuna za celotno verigo

Celotno vezje je sestavljeno iz posameznih odsekov, združenih v eno celoto skupaj z virom napetosti (EMF). Tako se obstoječi upor odsekov dopolnjuje z notranjim uporom priključenega vira. Zato se bo glavna razlaga, o kateri smo razpravljali prej, glasila takole: I = U / (R + r). Tukaj je že dodan uporni indikator (r) vira EMF.

Z vidika čiste fizike se ta kazalnik šteje za zelo majhno vrednost. Vendar pa so v praksi strokovnjaki pri izračunu zapletenih vezij in vezij prisiljeni to upoštevati, saj dodatni upor vpliva na natančnost dela. Poleg tega je struktura vsakega vira zelo heterogena, zato se lahko odpornost v nekaterih primerih izrazi s precej visokimi stopnjami.

Zgornji izračuni se izvajajo v zvezi z enosmernimi tokokrogi. Dejanja in izračuni z izmeničnim tokom se izvajajo po drugačni shemi.

Učinek zakona na spremenljivko

Pri izmeničnem toku bo upor tokokroga tako imenovana impedanca, ki jo sestavljata aktivni upor in reaktivna uporovna obremenitev. To je posledica prisotnosti elementov z induktivnimi lastnostmi in sinusno vrednostjo toka. Napetost je tudi spremenljivka, ki deluje v skladu s svojimi preklopnimi zakoni.

Zato je zasnova izmeničnega tokokroga po Ohmovem zakonu izračunana ob upoštevanju posebnih učinkov: prednja ali zaostajanja velikosti toka od napetosti, pa tudi prisotnost aktivne in jalove moči.Reaktanca pa vključuje induktivne ali kapacitivne komponente.

Vsi ti pojavi bodo ustrezali formuli Z \u003d U / I ali Z \u003d R + J * (XL - XC), v kateri je Z impedanca; R - aktivna obremenitev; XL, XC - induktivne in kapacitivne obremenitve; J je korekcijski faktor.

Vir EMF v celotnem vezju

Za nastanek električnega toka v zaprtem tokokrogu mora to vezje vsebovati vsaj en poseben element, v katerem bo potekalo delo prenosa nabojev med njegovimi poli. Sile, ki nosijo naboje znotraj tega elementa, to delujejo proti električnemu polju, kar pomeni, da mora biti njihova narava drugačna od električne. Zato se takšne sile imenujejo tretje osebe.

riž. 1. Zunanje sile v fiziki.

Element električnega tokokroga, v katerem delujejo zunanje sile za prenos nabojev proti delovanju električnega polja, se imenuje vir toka. Njegova glavna značilnost je velikost zunanjih sil. Za njegovo karakterizacijo je uveden poseben ukrep - elektromotorna sila (EMF), označena je s črko $\mathscr{E}$.

Vrednost EMF tokovnega vira je enaka razmerju zunanjih sil za prenos naboja na vrednost tega naboja:

$$\mathscr{E}={A_{st}\nad q}$$

Ker je pomen EMF zelo blizu pomenu električne napetosti (spomnimo se, napetost je razmerje med delom, ki ga opravi električno polje, ki nosi naboj, in vrednostjo tega naboja), se EMF, tako kot napetost, meri v volti:

$$1B={J\overCl}$$

Druga najpomembnejša električna lastnost resničnega vira toka je njegova notranja upornost.Ko se naboji prenašajo med terminali, delujejo s snovjo vira EMF, zato vir električnega toka predstavlja tudi določen upor. Notranji upor, tako kot običajni upor, se meri v ohmih, vendar je označen z malo latinsko črko $r$.

riž. 2. Primeri tokovnih virov.

R - električni upor

Upor je vzajemna napetosti in ga lahko primerjamo z učinkom premikanja telesa proti gibanju v tekoči vodi. Enota R je Om, ki je označena z veliko grško črko Omega.

Recipročna vrednost upora (1/R) je znana kot prevodnost, ki meri sposobnost predmeta, da prevaja naboj, izraženo v Siemensovih enotah.

Uporabljena geometrijsko neodvisna količina se imenuje upornost in je običajno označena z grškim simbolom r.

Dodatne informacije. Ohmov zakon pomaga določiti tri pomembne kazalnike delovanja električnega omrežja, kar poenostavlja izračun moči. Ne velja za enostranska omrežja z elementi, kot so dioda, tranzistor in podobno. Prav tako se ne uporablja za nelinearne elemente, katerih primer so tiristorji, saj se vrednost upora teh elementov spreminja z različnimi danimi napetostjo in tokom.

Pri višjih frekvencah postane porazdeljeno vedenje prevladujoče. Enako se dogaja z zelo dolgimi električnimi vodi. Tudi pri frekvenci do 60 Hz ima zelo dolg daljnovod, na primer 30 km, porazdeljeno naravo.Glavni razlog je, da so učinkoviti električni signali, ki se širijo v vezjih, elektromagnetno valovanje, ne volti in amperi, ki jih okuži elektromagnetno valovanje. Prevodniki preprosto delujejo kot vodila za valove. Tako bo na primer koaksialni kabel pokazal Z = 75 ohmov, tudi če je njegova enosmerna upornost zanemarljiva.

Ohmov zakon je temeljni zakon elektrotehnike. Ima veliko število praktičnih aplikacij v vseh električnih vezjih in elektronskih komponentah.

Najpogostejši primeri uporabe Ohmovega zakona:

1. Napajanje električnega grelnika. Glede na upor tuljave grelnika in uporabljeno napetost je mogoče izračunati moč, ki jo ta grelec dovaja.
2. Izbira varovalk. So zaščitne komponente, ki so serijsko povezane z elektronskimi napravami. Varovalke/CB so ocenjene v amperih. Trenutna moč varovalke se izračuna z uporabo Ohmovega zakona.
3. Oblikovanje elektronskih naprav. Za elektronske naprave, kot so prenosni računalniki in mobilni telefoni, je potreben enosmerni napajalnik z določeno vrednostjo toka. Tipične baterije mobilnih telefonov zahtevajo 0,7-1 A. Za nadzor hitrosti toka, ki teče skozi te komponente, se uporablja upor. Ohmov zakon se uporablja za izračun nazivnega toka v tipičnem vezju.

Nekoč so Ohmovi sklepi postali katalizator za nove raziskave na področju elektrike, danes pa niso izgubili svojega pomena, saj na njih temelji sodobna elektrotehnika. Leta 1841 je bil Om nagrajen z najvišjo častjo Kraljeve družbe, medaljo Copley, izraz "Om" pa je bil priznan kot enota upora že leta 1872.

Neenakomerni odsek enosmernega tokokroga

Heterogena struktura ima takšen del vezja, kjer je poleg prevodnikov in elementov vir toka. Pri izračunu skupne jakosti toka na tem področju je treba upoštevati njegovo EMF.

Obstaja formula, ki opredeljuje glavne parametre in procese heterogenega mesta: q = q0 x n x V. Njegovi kazalniki so označeni na naslednji način:

• V procesu premikanja nabojev (q) pridobijo določeno gostoto. Njegova zmogljivost je odvisna od tokovne moči in površine prečnega prereza prevodnika (S).
• V pogojih določene koncentracije (n) je mogoče natančno navesti število enotskih nabojev (q0), ki so bili premaknjeni v posameznem časovnem obdobju.
• Za izračune se vodnik pogojno šteje za valjasti odsek z nekaj prostornine (V).

Pri priključitvi vodnika na baterijo se slednja čez nekaj časa izprazni. To pomeni, da se gibanje elektronov postopoma upočasni in se na koncu popolnoma ustavi. To olajša molekularna mreža prevodnika, ki preprečuje trčenje elektronov med seboj in drugimi dejavniki. Za premagovanje takšnega upora je treba dodatno uporabiti nekatere sile tretjih oseb.

Med izračuni se te sile dodajo Coulombovim silam. Poleg tega bo za prenos enotskega naboja q iz 1. točke v 2. potrebno opraviti delo A1-2 ali preprosto A12. V ta namen se ustvari potencialna razlika (ϕ1 - ϕ2). Pod delovanjem vira enosmernega toka nastane EMF, ki premika naboje vzdolž tokokroga. Velikost celotne napetosti bo sestavljena iz vseh zgoraj navedenih sil.

Pri izračunih je treba upoštevati polarnost povezave z enosmernim napajanjem. Ko se sponke spremenijo, se bo spremenil tudi EMF, kar bo pospešilo ali upočasnilo gibanje nabojev.

Serijska in vzporedna povezava elementov

Za elemente električnega tokokroga (odsek vezja) je značilen moment zaporedna ali vzporedna povezava.

V skladu s tem vsako vrsto povezave spremlja različna narava toka in napetosti. Zaradi tega se Ohmov zakon uporablja tudi na različne načine, odvisno od možnosti vključitve elementov.

Veriga serijsko povezanih uporovnih elementov

V zvezi s serijsko povezavo (odsek vezja z dvema komponentama) se uporablja besedilo:

• jaz = jaz₁ = jaz₂ ;
• U = U₁ + U₂ ;
• R=R₁ + R₂

Ta formulacija jasno dokazuje, da ne glede na število zaporedno povezanih uporovnih komponent tok, ki teče v delu vezja, ne spremeni vrednosti.

Povezovanje uporovnih elementov v odsek vezja zaporedno med seboj. Ta možnost ima svoj zakon za izračun. Na diagramu: I, I1, I2 - tokovni tok; R1, R2 - uporovni elementi; U, U1, U2 - uporabljena napetost

Količina napetosti, ki se uporablja za aktivne uporovne komponente vezja, je vsota in sešteje vrednost vira EMF.

V tem primeru je napetost na vsaki posamezni komponenti: Ux = I * Rx.

Skupni upor je treba obravnavati kot vsoto vrednosti vseh uporovnih komponent vezja.

Veriga vzporedno povezanih uporovnih elementov

V primeru, ko obstaja vzporedna povezava uporovnih komponent, se formulacija šteje za pošteno glede na zakon nemškega fizika Ohma:

• jaz = jaz₁ + jaz₂ … ;
• U = U₁ = U₂ … ;
• 1/R = 1/R₁ + 1 / R₂ + …

Možnosti za sestavljanje odsekov vezja "mešanega" tipa niso izključene, če se uporabljajo vzporedne in serijske povezave.

Povezava uporovnih elementov v odseku vezja vzporedno drug z drugim. Za to možnost se uporablja lasten zakon za izračun. Na diagramu: I, I1, I2 - tokovni tok; R1, R2 - uporovni elementi; U - uporabljena napetost; A, B - vstopne / izstopne točke

Za takšne možnosti se izračun običajno izvede z začetnim izračunom uporovne ocene vzporedne povezave. Nato se rezultatu doda vrednost zaporedno povezanega upora.

Integralne in diferencialne oblike prava

Vse zgornje točke z izračuni veljajo za pogoje, ko se vodniki "homogene" strukture, tako rekoč, uporabljajo kot del električnih tokokrogov.

Medtem se je v praksi pogosto treba ukvarjati s konstrukcijo sheme, kjer se struktura prevodnikov spreminja na različnih področjih. Uporabljajo se na primer žice večjega prereza ali, nasprotno, manjše, izdelane na osnovi različnih materialov.

Da bi upoštevali takšne razlike, obstaja različica tako imenovanega "diferencialno-integralnega Ohmovega zakona". Za neskončno majhen prevodnik se raven gostote toka izračuna glede na intenzivnost in vrednost prevodnosti.

Pri diferencialnem izračunu se vzame formula: J = ό * E

Za integralni izračun, oziroma formulacija: I * R = φ1 - φ2 + έ

Vendar so ti primeri precej bližje šoli višje matematike in se dejansko ne uporabljajo v resnični praksi preprostega električarja.

Razumevanje toka in upora

Začnimo s pojmom električnega toka.Skratka, električni tok v odnosu do kovin je usmerjeno gibanje elektronov – negativno nabitih delcev. Običajno so predstavljeni kot majhni krogi. V mirnem stanju se premikajo naključno in nenehno spreminjajo svojo smer. Pod določenimi pogoji - pojavom potencialne razlike - ti delci začnejo določeno gibanje v neko smer. To gibanje je električni tok.

Da bo bolj jasno, lahko primerjamo elektrone z vodo, razlito na neko ravnino. Dokler letalo miruje, se voda ne premika. Toda takoj, ko se je pojavila strmina (pojavila se je potencialna razlika), se je voda začela premikati. Enako je z elektroni.

Tako si lahko predstavljamo električni tok

Zdaj moramo razumeti, kaj je upor in zakaj imajo povratne informacije s trenutno močjo: višji kot je upor, nižji je tok. Kot veste, se elektroni premikajo skozi prevodnik. Običajno so to kovinske žice, saj imajo kovine dobro sposobnost prevajanja električne energije. Vemo, da ima kovina gosto kristalno mrežo: veliko delcev, ki so blizu in med seboj povezani. Elektroni, ki si utirajo pot med kovinskimi atomi, trčijo vanje, kar otežuje njihovo premikanje. To pomaga prikazati upor, ki ga izvaja prevodnik. Zdaj postane jasno, zakaj večji kot je upor, nižja je trenutna moč - več delcev, težje je elektronom premagati pot, to počnejo počasneje. Zdi se, da je bilo to urejeno.

Če želite to odvisnost empirično preizkusiti, poiščite spremenljivi upor, serijsko povežite upor - ampermeter - vir toka (baterija).Prav tako je zaželeno, da v vezje vstavite stikalo - navadno preklopno stikalo.

Vezje za testiranje odvisnosti toka od upora

Z obračanjem gumba za upor se upor spremeni. Hkrati se spremenijo tudi odčitki na ampermetru, ki meri jakost toka. Še več, večji kot je upor, manj odstopa puščica - manjši je tok. Nižji kot je upor, bolj puščica odstopa - tok je večji.

Odvisnost toka od upora je skoraj linearna, to pomeni, da se na grafu odraža kot skoraj ravna črta. Zakaj skoraj - o tem je treba razpravljati ločeno, a to je druga zgodba.

Ohmov zakon za izmenični tok

Pri izračunu izmeničnih tokokrogov se namesto pojma upornosti uvede koncept "impedance". Impedanca je označena s črko Z, vključuje aktivni upor bremena R_a in reaktanca X (ali R_r). To je posledica oblike sinusoidnega toka (in tokov vseh drugih oblik) in parametrov induktivnih elementov, pa tudi preklopnih zakonov:

1. Tok v induktivnem vezju se ne more spremeniti takoj.
2. Napetost v vezju s kapacitivnostjo se ne more takoj spremeniti.

Tako začne tok zaostajati ali voditi napetost, navidezna moč pa se deli na aktivno in reaktivno.

U=I/Z

X_L in X_C so reaktivne komponente obremenitve.

V zvezi s tem se uvede vrednost cosФ:

Tukaj - Q - jalova moč zaradi izmeničnega toka in induktivno-kapacitivnih komponent, P - aktivna moč (razpršena v aktivnih komponentah), S - navidezna moč, cosФ - faktor moči.

Morda ste opazili, da se formula in njena predstavitev sekata s pitagorejskim izrekom. To drži in kot Ф je odvisen od tega, kako velika je reaktivna komponenta obremenitve – večja kot je, večja je.V praksi to vodi v dejstvo, da je tok, ki dejansko teče v omrežju, večji od tistega, ki ga upošteva gospodinjski števec, medtem ko podjetja plačujejo polno moč.

V tem primeru je upor predstavljen v kompleksni obliki:

Tukaj je j imaginarna enota, ki je značilna za kompleksno obliko enačb. Manj pogosto se imenuje i, v elektrotehniki pa je označena tudi efektivna vrednost izmeničnega toka, zato je, da ne bi prišlo do zamenjave, bolje uporabiti j.

Namišljena enota je √-1. Logično je, da pri kvadriranju takega števila ni, kar lahko povzroči negativen rezultat "-1".

Ko nastopi Ohmov zakon

Ustvariti idealne pogoje ni enostavno. Tudi v čistih prevodnikih se električni upor spreminja glede na temperaturo. Njegovo zmanjšanje zmanjša aktivnost molekul kristalne mreže, kar poenostavi gibanje prostih nabojev. Pri določeni stopnji "zmrzovanja" se pojavi učinek superprevodnosti. Pri segrevanju opazimo nasprotni učinek (poslabšanje prevodnosti).

Hkrati elektroliti, kovine in nekatere vrste keramike ohranjajo električni upor ne glede na gostoto toka. Stabilnost parametrov ob ohranjanju določenega temperaturnega režima omogoča uporabo formul Ohmovega zakona brez dodatnih popravkov.

Za polprevodniške materiale in pline je značilna različna električna upornost. Na ta parameter pomembno vpliva jakost toka v kontrolnem volumnu. Za izračun lastnosti delovanja je treba uporabiti posebne metode izračuna.

Če upoštevamo izmenični tok, se metoda izračuna popravi.V tem primeru bo treba upoštevati prisotnost reaktivnih komponent. Z uporovno naravo upora je mogoče uporabiti obravnavane tehnologije izračuna, ki temeljijo na formulah Ohmovega zakona.

Kirchhoffovi zakoni.

Distribucija
tokovi v vejah električnega tokokroga
upošteva prvi Kirchhoffov zakon,
in porazdelitev napetosti po odsekih
veriga spoštuje drugi Kirchhoffov zakon.

Kirchhoffovi zakoni
skupaj z Ohmovim zakonom so glavni
v teoriji električnih vezij.

Prvi
Kirchhoffov zakon:

algebraični
vsota tokov v vozlišču je nič:

_jaz
= 0 (19)

Kje
jaz
je število vej, ki se konvergirajo v danem vozlišču.

Se pravi seštevanje
sega do tokov v vejah,
ki se zbližujejo v obravnavanem
vozlišče.

sl.17. Ilustracija
na prvi Kirchhoffov zakon.

Številka
enačbe, sestavljene po prvem
Kirchhoffov zakon je določen s formulo:

Nup
= Nu
– 1,

Kje
Nu
je število vozlišč v obravnavani verigi.

Znaki tokov v
enačbe se upoštevajo ob upoštevanju izbranih
pozitivno smer. Znaki na
tokovi so enaki, če so tokovi enaki
usmerjena glede na to
vozlišče.

na primer
za vozlišče, prikazano na sliki 17:
dodeljujemo znake tokovom, ki tečejo v vozlišče
"+", in na tokove, ki tečejo iz vozlišča - znake
«-».

Nato enačba
po prvem Kirchhoffovem zakonu bo zapisano
Torej:

jaz₁
- JAZ₂
+ jaz₃
- JAZ₄
= 0.

enačbe,
sestavljen po Kirchhoffovem prvem zakonu,
se imenujejo vozlišča.

tole
zakon izraža dejstvo, da v vozl
električni naboj se ne kopiči
in se ne porabi. Količina električnega
stroški, ki prihajajo na spletno mesto, so enaki vsoti
bremenitve zapustijo vozlišče v enem in istem
enak časovni razpon.

Drugič
Kirchhoffov zakon:

algebraični
vsota emf v katerem koli zaprtem krogu
veriga je enaka algebraični vsoti padcev
napetost na elementih tega vezja:

Ui
= 
Ei

IiRi=Ei(20)

Kje
jaz
- številka elementa (upor oz
napetostni vir) v obravnavanem
kontura.

**Številka
enačbe, sestavljene po drugi
Kirchhoffov zakon je določen s formulo:

Nup
= Nb
- Ne
+ 1 – Ned.s.

Kje
Opomba
- število vej električnega tokokroga;

Nu
— število vozlišč;

Ned.s.
je število idealnih virov emf.

sl.18. Ilustracija
na drugi Kirchhoffov zakon.

za,
pravilno napisati drugi zakon
Kirchhoff za dano konturo, sledi
upoštevati naslednja pravila:

1. samovoljno
   izberite smer obvoda konture,
   na primer v smeri urinega kazalca (slika 18).

2. emf
   in padci napetosti, ki se ujemajo
   v smeri z izbrano smerjo
   bypass so zapisani v izrazu s
   znak "+"; če e.f.s. in padec napetosti
   ne ujemajo smeri
   konture, potem je pred njimi znak
   «-».

na primer
za obris slike 18, drugi Kirchhoffov zakon
bo zapisano takole:

U₁
– U₂
+ U₃
=E₁
– E₃
– E₄
(21)

Enačba (20) je lahko
prepiši kot:

 (Ui
– Ei)
= 0 (22)

Kje
(U
– E)
- napetost na veji.

posledično
Drugi Kirchhoffov zakon je mogoče oblikovati
na naslednji način:

algebraični
vsota napetosti na vejah v katerem koli
zaprta zanka je nič.

Potencial
diagram, o katerem smo govorili prej, služi
grafična interpretacija drugega
Kirchhoffov zakon.

Naloga številka 1.

AT
vezju na sliki 1 so podani tokovi I₁
in jaz₃,
odpornost in emf Določite tokove
jaz₄,
jaz₅,
jaz₆
; napetost med točkami a
in b
če jaz₁
= 10 mA,
jaz₃
= -20 mA,
R₄
= 5 kOhm,
E₅
= 20B,
R₅
= 3 kOhm,
E₆
= 40B,
R₆
= 2 kOhm.

sl.1

rešitev:

1. Za dano
   konture, sestavimo dve enačbi glede na
   Kirchhoffovega prvega zakona in enega - po
   drugič. Smer konture
   označeno s puščico.

AT
kot rezultat rešitve dobimo: I₆
= 0; jaz₄
= 10 mA;
jaz₅
= -10mA

1. vprašaj
   smer napetosti med točkami
   a
   in b
   od točke "a"
   do točke "b"
   — U_ab.
   To napetost je mogoče najti iz enačbe
   Kirchhoffov drugi zakon:

jaz₄R₄
+ U_ab
+ jaz₆R₆
= 0

U_ab
= - 50 V.

Naloga številka 2.

Za
diagrami na sliki 2 sestavijo enačbe v skladu z
Kirchhoffovi zakoni in določanje neznank
točke.

dano:
jaz₁
= 20 mA;
jaz₂
= 10 mA

R₁
= 5 kOhm,
R₃
= 4 kOhm,
R₄
= 6 kOhm,
R₅
= 2 kOhm,
R₆
= 4kΩ.

sl.2

rešitev:

Število vozlišč
enačbe - 3, število konturnih enačb
– 1.

Zapomni si!
Pri sestavljanju enačbe po drugi
Kirchhoffov zakon, izberemo konturo, v
ki ne vključuje trenutnih virov.
Smer konture je prikazana na sliki.

AT
tega vezja, tokovi vej I₁
in jaz₂.
neznano
tokovi
jaz₃,
jaz₄,
jaz₅,
jaz₆.

Odločanje
sistemu, dobimo: I₃
= 13,75 mA;
jaz₄
= -3,75 mA;
jaz₅
= 6,25 mA;
jaz₆
= 16,25 mA.

Osnovni koncepti

Električni tok teče, ko zaprto vezje omogoča, da se elektroni premaknejo od visokega potenciala do nižjega v vezju. Z drugimi besedami, tok zahteva vir elektronov, ki ima energijo, da jih spravi v gibanje, pa tudi točko njihovega vračanja negativnih nabojev, za katero je značilno njihovo pomanjkanje. Kot fizični pojav tok v vezju označujejo tri osnovne količine:

• Napetost;
• moč toka;
• upor prevodnika, skozi katerega se premikajo elektroni.

Moč in napetost

Moč toka (I, merjena v amperih) je prostornina elektronov (naboja), ki se premikajo skozi mesto v vezju na enoto časa.Z drugimi besedami, meritev I je določitev števila elektronov v gibanju

Pomembno je razumeti, da se izraz nanaša samo na gibanje: statični naboji, na primer na sponkah nepovezanega akumulatorja, nimajo merljive vrednosti I. Tok, ki teče v eno smer, se imenuje neposredni (DC) in občasno spreminjajočo se smer imenujemo izmenična (AC). Napetost lahko ponazorimo s pojavom, kot je tlak ali kot razlika v potencialni energiji predmetov pod vplivom gravitacije.

Da bi ustvarili to neravnovesje, morate najprej porabiti energijo, ki se bo v ustreznih okoliščinah uresničila v gibanju. Na primer, pri padcu tovora z višine se izvaja delo za njegovo dvigovanje, v galvanskih baterijah se potencialna razlika na sponkah tvori zaradi pretvorbe kemične energije, v generatorjih - kot posledica izpostavljenosti elektromagnetno polje

Stres lahko ponazorimo s takim pojavom, kot je tlak ali kot razlika v potencialni energiji predmetov pod vplivom gravitacije. Da bi ustvarili to neravnovesje, morate najprej porabiti energijo, ki se bo v ustreznih okoliščinah uresničila v gibanju. Na primer, pri padcu bremena z višine se doseže delo dviga, pri galvanskih baterijah se potencialna razlika na sponkah tvori zaradi pretvorbe kemične energije, v generatorjih - kot posledica izpostavljenosti elektromagnetno polje.

Odpornost prevodnika

Ne glede na to, kako dober je navaden prevodnik, nikoli ne bo dovolil, da bi elektroni prešli skoznje brez upora proti njihovemu gibanju.Upor je mogoče obravnavati kot analog mehanskega trenja, čeprav ta primerjava ne bo popolna. Ko tok teče skozi prevodnik, se neka potencialna razlika pretvori v toploto, tako da bo na uporu vedno padec napetosti. Električni grelniki, sušilniki za lase in druge podobne naprave so zasnovane izključno za odvajanje električne energije v obliki toplote.

Poenostavljeni upor (označen kot R) je merilo, koliko je tok elektronov upočasnjen v vezju. Meri se v ohmih. Prevodnost upora ali drugega elementa določata dve lastnosti:

• geometrija;
• material.

Oblika je izjemnega pomena, kot je razvidno iz hidravlične analogije: potiskanje vode skozi dolgo in ozko cev je veliko težje kot potiskanje vode skozi kratko in široko. Materiali igrajo odločilno vlogo. Na primer, elektroni se lahko prosto gibljejo v bakreni žici, vendar ne morejo teči skozi izolatorje, kot je guma, ne glede na njihovo obliko. Poleg geometrije in materiala obstajajo še drugi dejavniki, ki vplivajo na prevodnost.

Interpretacija Ohmovega zakona

Če želite zagotoviti gibanje nabojev, morate zapreti vezje. V odsotnosti dodatne moči tok ne more obstajati dlje časa. Potenciali se bodo hitro izenačili. Za vzdrževanje načina delovanja vezja je potreben dodaten vir (generator, baterija).

Celotno vezje bo vsebovalo celoten električni upor vseh komponent. Za natančne izračune se upoštevajo izgube v vodnikih, uporovnih elementih in viru napajanja.

Koliko napetosti je treba uporabiti za določeno jakost toka, se izračuna po formuli:

U=I*R.

Podobno se s pomočjo obravnavanih razmerij določijo drugi parametri vezja.

Vzporedna in serijska povezava

V elektriki so elementi povezani bodisi zaporedno - drug za drugim ali vzporedno - to je, ko je več vhodov povezanih na eno točko, izhodi istih elementov pa so povezani z drugo.

Ohmov zakon za vzporedno in zaporedno povezavo

serijska povezava

Kako deluje Ohmov zakon v teh primerih? Pri zaporedni povezavi bo tok, ki teče skozi verigo elementov, enak. Napetost dela vezja z zaporedno povezanimi elementi se izračuna kot vsota napetosti v vsakem odseku. Kako je to mogoče razložiti? Pretok toka skozi element je prenos dela naboja z enega njegovega dela na drugega. Mislim, nekaj dela. Velikost tega dela je napetost. To je fizični pomen stresa. Če je to jasno, gremo naprej.

Serijska povezava in parametri tega odseka vezja

Pri zaporedni povezavi je treba naboj prenesti po vrsti skozi vsak element. In na vsakem elementu je to določen "obseg" dela. In da bi našli količino dela na celotnem delu verige, morate dodati delo na vsakem elementu. Tako se izkaže, da je skupna napetost vsota napetosti na vsakem od elementov.

Na enak način - s pomočjo dodatka - najdemo tudi celoten upor odseka vezja. Kako si lahko predstavljate? Tok, ki teče skozi verigo elementov, zaporedno premaga vse upore. Enega za drugim. Se pravi, da bi našli upor, ki ga je premagal, je treba sešteti odpore. Bolj ali manj takole.Matematična izpeljava je bolj zapletena in lažje je razumeti mehanizem tega zakona.

Vzporedna povezava

Vzporedna povezava je, ko se začetki vodnikov / elementov na eni točki zbližajo, na drugi pa so njihovi konci povezani. Poskušali bomo razložiti zakonitosti, ki veljajo za spojine te vrste. Začnimo s trenutnim. Na priključno točko elementov se dovaja tok določene velikosti. Loči se, teče skozi vse prevodnike. Iz tega sklepamo, da je skupni tok v odseku enak vsoti toka v vsakem od elementov: I = I1 + I2 + I3.

Zdaj za napetost. Če je napetost delo za premikanje naboja, bo delo, ki je potrebno za premikanje enega naboja, enako na katerem koli elementu. To pomeni, da bo napetost na vsakem vzporedno povezanem elementu enaka. U=U1=U2=U3. Ne tako zabavno in vizualno kot v primeru razlage Ohmovega zakona za odsek verige, vendar lahko razumete.

Zakoni za vzporedno povezavo

Za odpor so stvari nekoliko bolj zapletene. Predstavimo pojem prevodnosti. To je značilnost, ki kaže, kako enostavno ali težko je naboj preiti skozi ta prevodnik. Jasno je, da nižji kot je upor, lažje bo tok prešel. Zato se prevodnost - G - izračuna kot recipročna vrednost upora. V formuli je videti takole: G = 1/R.

Zakaj govorimo o prevodnosti? Ker je skupna prevodnost odseka z vzporedno povezavo elementov enaka vsoti prevodnosti vsakega od odsekov. G = G1 + G2 + G3 - enostavno razumljivo. Kako zlahka bo tok premagal to vozlišče vzporednih elementov, je odvisno od prevodnosti vsakega od elementov. Tako se izkaže, da jih je treba zložiti.

Zdaj lahko preidemo na odpor.Ker je prevodnost recipročna upornost, lahko dobimo naslednjo formulo: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3.

Kaj nam daje vzporedno in serijsko povezavo?

Teoretično znanje je dobro, a kako ga uporabiti v praksi? Elemente katere koli vrste je mogoče povezati vzporedno in zaporedno. Vendar smo upoštevali le najpreprostejše formule, ki opisujejo linearne elemente. Linearni elementi so upori, ki jih imenujemo tudi "upori". Torej, tukaj je, kako lahko uporabite, kar ste se naučili:

Če ni na voljo nobenega upora velike vrednosti, je pa več manjših, lahko želeno upornost dobimo tako, da več uporov povežemo zaporedno. Kot lahko vidite, je to uporabna tehnika.
Za podaljšanje življenjske dobe baterij jih je mogoče povezati vzporedno. Napetost v tem primeru bo po Ohmovem zakonu ostala enaka (to se lahko prepričate z merjenjem napetosti z multimetrom). In "življenjska doba" dvojne baterije bo veliko daljša kot pri dveh elementih, ki se bosta zamenjala

Opomba: vzporedno je mogoče priključiti samo napajalnike z enakim potencialom. To pomeni, da mrtve in nove baterije ni mogoče povezati.

Če se še vedno povežete, bo baterija, ki ima večjo napolnjenost, ponavadi napolnila manj napolnjeno. Posledično bo njihov skupni naboj padel na nizko vrednost.

Na splošno so to najpogostejše uporabe teh spojin.

Idealen vir EMF

Elektromotorna sila (E) je fizikalna količina, ki določa stopnjo vpliva zunanjih sil na gibanje v zaprtem krogu nosilcev naboja. Z drugimi besedami, kako močno tok teče skozi prevodnik, bo odvisno od EMF.

Pri razlagi takšnih nerazumljivih pojavov se domači šolski učitelji radi obrnejo na metodo hidravličnih analogij. Če je prevodnik cev, električni tok pa je količina vode, ki teče skozi njo, potem je EMF tlak, ki ga črpalka razvije za črpanje tekočine.

Izraz elektromotorna sila je povezan s konceptom napetosti. Ona, EMF, se meri tudi v voltih (enota - "V"). Vsak vir energije, pa naj bo to baterija, generator ali sončna plošča, ima svojo elektromotorno silo. Pogosto je ta EMF blizu izhodne napetosti (U), vendar vedno nekoliko manjša od nje. To je posledica notranjega upora vira, na katerem del napetosti neizogibno pade.

Iz tega razloga je idealen vir EMF precej abstrakten koncept ali fizični model, ki nima mesta v resničnem svetu, saj se notranji upor baterije Rin, čeprav zelo nizek, še vedno razlikuje od absolutne ničle.

Idealen in pravi vir emf

V diferencialni obliki

Formula je zelo pogosto predstavljena v diferencialni obliki, saj je prevodnik običajno nehomogen in ga bo treba razbiti na najmanjše možne dele. Tok, ki teče skozi njo, je povezan z magnitudo in smerjo, zato velja za skalarno količino. Kadar koli je treba najti rezultantni tok skozi žico, se vzame algebraična vsota vseh posameznih tokov. Ker to pravilo velja samo za skalarne količine, se tok vzame tudi kot skalarna količina. Znano je, da tok dI = jdS teče skozi odsek. Napetost na njej je Edl, potem bo za žico s konstantnim prečnim prerezom in enako dolžino razmerje resnično:

Diferencialna oblika

Zato bo izraz toka v vektorski obliki: j = E.

Pomembno! Pri kovinskih prevodnikih se prevodnost z naraščanjem temperature zmanjšuje, pri polprevodnikih pa narašča. Omov zakon ne izkazuje stroge sorazmernosti

Odpornost velike skupine kovin in zlitin izgine pri temperaturi blizu absolutne ničle in postopek se imenuje superprevodnost.