قانون اهم برای فرمول مدار کلی. قوانین اهم و کیرشهوف

قانون اهم برای یک مدار کامل چیست؟ بنابراین، این فرمولی است که در آن رابطه بین پارامترهای اصلی یک مدار الکتریکی به وضوح قابل مشاهده است: جریان، ولتاژ و مقاومت. برای درک ماهیت قانون، ابتدا برخی از مفاهیم را درک می کنیم.

مدار الکتریکی چیست؟

مدار الکتریکی مسیری در مدار الکتریکی است که از طریق آن بارها (عناصر الکتریکی، سیم‌ها و سایر وسایل) جریان می‌یابند. البته شروع آن منبع تغذیه است. تحت تأثیر میدان الکترومغناطیسی، پدیده‌های فوتونیک یا فرآیندهای شیمیایی، بارهای الکتریکی تمایل دارند به سمت ترمینال مخالف این منبع تغذیه حرکت کنند.

جریان الکتریکی چیست؟

حرکت هدایت شده ذرات باردار هنگام قرار گرفتن در معرض میدان الکتریکی یا سایر نیروهای خارجی، جریان الکتریکی نامیده می شود. جهت آن توسط جهت پروتون ها (بارهای مثبت) تعیین می شود. جریان ثابت خواهد بود اگر نه قدرت و نه جهت آن در طول زمان تغییر کند.

تاریخچه قانون اهم

هنگام انجام آزمایشات با یک هادی، فیزیکدان Georg Ohm موفق شد ثابت کند که قدرت جریان متناسب با ولتاژی است که به انتهای آن اعمال می شود:

I / sim U یا I = G / U،

که در آن G هدایت الکتریکی است و مقدار R \u003d 1 / G مقاومت الکتریکی هادی است. این کشف توسط فیزیکدان مشهور آلمانی در سال 1827 ایجاد شد.

قوانین اهم

برای یک مدار کامل، تعریف به شرح زیر خواهد بود: قدرت جریان در مدار الکتریکی برابر است با نسبت نیروی محرکه الکتریکی (که از این پس به عنوان EMF نامیده می شود) منبع به مجموع مقاومت ها:

I = E / (R + r)،

در جایی که R مقاومت مدار خارجی و r مقاومت داخلی است اغلب اوقات، فرمول بندی قانون مشکلاتی را ایجاد می کند، زیرا همه با مفهوم EMF، تفاوت آن با ولتاژ آشنا نیستند، همه نمی دانند مقاومت داخلی به چه معناست. و از کجا می آید برای این، توضیحات لازم است، زیرا قانون اهم برای یک مدار کامل معنای عمیقی دارد.

تدوین قانون بخش زنجیره را می توان شفاف نامید. نکته این است که برای درک آن نیازی به توضیح اضافی نیست: جریان در مدار با ولتاژ نسبت مستقیم و با مقاومت نسبت معکوس دارد:

معنی

قانون اهم برای یک مدار کامل به شدت با قانون بقای انرژی مرتبط است. بیایید فرض کنیم منبع فعلی هیچ مقاومت داخلی ندارد. در این مورد چه اتفاقی باید بیفتد؟ معلوم می شود که اگر مقاومتی وجود نداشت، جریان بیشتری به مدار خارجی داده می شد و بر این اساس، قدرت بیشتر می شد.

اکنون نوبت به پرداختن به مفهوم نیروی الکتروموتور است. این مقدار تفاوت بین پتانسیل های الکتریکی در پایانه های منبع است، اما فقط بدون بار. به عنوان مثال، فشار آب در یک مخزن برجسته را در نظر بگیرید. سطح آب تا زمانی که شروع به مصرف شود در جای خود باقی می ماند. هنگامی که شیر آب باز می شود، سطح مایع کاهش می یابد، زیرا پمپاژ وجود ندارد. با وارد شدن به لوله، آب مقاومت را تجربه می کند، همین اتفاق در مورد بارهای الکتریکی در سیم رخ می دهد.

در صورت عدم وجود بار، پایانه ها در حالت باز هستند، معلوم می شود که EMF و ولتاژ از نظر بزرگی یکسان هستند. اگر مثلاً یک لامپ را روشن کنیم مدار بسته می شود و نیروی الکتروموتور در آن ولتاژ ایجاد می کند و کار مفیدی انجام می دهد. بخشی از انرژی به دلیل مقاومت داخلی تلف می شود (به این تلفات می گویند).

در صورتی که مقاومت مصرف کننده کمتر از داخلی باشد، توان بیشتری به منبع جریان اختصاص می یابد. و سپس EMF در مدار خارجی افت می کند و بخش قابل توجهی از انرژی در مقاومت داخلی از بین می رود. ماهیت قوانین حفاظت این است که طبیعت نمی تواند بیش از آنچه می دهد ببرد.

ماهیت مقاومت داخلی برای ساکنان خروشچف که در آپارتمان های خود تهویه مطبوع دارند و سیم کشی قدیمی تعویض نشده است، به خوبی شناخته شده است. کنتور برق با سرعت دیوانه‌وار می‌چرخد، پریز و دیوار در مکان‌هایی که سیم‌های آلومینیومی قدیمی عبور می‌کنند گرم می‌شوند، در نتیجه کولر به سختی هوای اتاق را خنک می‌کند.

طبیعت r

"اهم کامل" (همانطور که برقکارها عادت دارند قانون بخوانند) به خوبی درک نشده است، زیرا مقاومت داخلی منبع، به عنوان یک قاعده، ماهیت الکتریکی ندارد. بیایید با استفاده از مثال باتری نمک به این موضوع نگاه کنیم. مشخص است که یک باتری الکتریکی از چندین عنصر تشکیل شده است، اما ما فقط یکی را در نظر خواهیم گرفت. بنابراین، ما یک باتری Krona آماده داریم که از 7 عنصر متصل به سری تشکیل شده است.

جریان چگونه تولید می شود؟ در ظرفی با الکترولیت، یک میله کربنی را در پوسته منگنزی قرار می دهیم که از الکترودها یا آندهای مثبت تشکیل شده است. به طور خاص، در این مثال، میله کربن به عنوان یک جمع کننده جریان عمل می کند. روی فلزی الکترودهای منفی (کاتد) است. باتری های خریداری شده معمولا دارای الکترولیت ژل هستند. مایع به ندرت استفاده می شود. یک فنجان روی با یک الکترولیت و آند به عنوان یک الکترود منفی عمل می کند.

معلوم شد که راز باتری در این واقعیت نهفته است که پتانسیل الکتریکی منگنز به اندازه روی نیست. بنابراین، الکترون ها به کاتد جذب می شوند و به نوبه خود، یون های روی دارای بار مثبت را به سمت آند دفع می کند. در نتیجه کاتد به تدریج مصرف می شود. شاید همه بدانند که اگر باتری مرده به موقع تعویض نشود، ممکن است نشت کند. به چی ربط داره؟ همه چیز بسیار ساده است: الکترولیت از طریق شیشه جدا شده شروع به جریان می کند.

هنگامی که بارها روی یک میله کربن حرکت می کنند، بارهای مثبت در پوسته منگنز جمع می شوند، در حالی که بارهای منفی روی روی جمع می شوند. بنابراین، آنها را آند و کاتد می نامند، اما در داخل باتری ها ظاهر متفاوتی دارند. اختلاف بین بارها نیروی محرکه الکتریکی ایجاد می کند، زمانی که اختلاف پتانسیل ماده الکترود برابر با مقدار EMF باشد، بارها در الکترولیت حرکت نمی کنند و نیروهای جاذبه برابر با نیروهای دافعه خواهند بود.

بیایید اکنون مدار را ببندیم: برای این کار کافی است لامپ را به باتری وصل کنید. با عبور از یک منبع نور مصنوعی، بارها هر کدام به جای خود ("خانه") باز می گردند و لامپ روشن می شود. در داخل باتری، حرکت الکترون ها و یون ها دوباره آغاز می شود، زیرا بارها به بیرون رفته اند و نیروی جاذبه یا دافعه دوباره ظاهر شده است.

در واقع باتری جریان تولید می کند و به همین دلیل است که لامپ می درخشد، این به دلیل مصرف روی اتفاق می افتد که در طی این فرآیند به ترکیبات شیمیایی دیگر تبدیل می شود. برای استخراج روی خالص، طبق قانون بقای انرژی، باید آن را صرف کرد، اما نه به صورت الکتریکی (دقیقا به همان میزانی که به لامپ داده شد).

حالا بالاخره می‌توانیم به ماهیت مقاومت داخلی منبع بپردازیم. در باتری، این مانعی برای حرکت یون های بزرگ است. حرکت الکترون ها بدون یون غیرممکن است، زیرا هیچ نیروی جاذبه ای وجود ندارد.

در ژنراتورهای صنعتی، r نه تنها به دلیل مقاومت الکتریکی سیم پیچ ها، بلکه به دلایل خارجی نیز ظاهر می شود. بنابراین، به عنوان مثال، در نیروگاه های برق آبی، مقدار مقدار به راندمان توربین، مقاومت جریان آب در مجرا و همچنین به تلفات در انتقال مکانیکی بستگی دارد. علاوه بر این، دمای آب و سیلی بودن آن تا حدی تأثیر دارد.

جریان متناوب

ما قبلاً قانون اهم را برای کل مدار برای جریان مستقیم در نظر گرفته ایم. فرمول با جریان متناوب چگونه تغییر می کند؟ قبل از اینکه بدانیم، بیایید خود مفهوم را مشخص کنیم. جریان متناوب حرکت ذرات باردار الکتریکی است که جهت و مقدار آنها در طول زمان تغییر می کند. در مقابل ثابت، با عوامل اضافی همراه است که باعث ایجاد نوع جدیدی از مقاومت (واکنشی) می شود. این ویژگی خازن ها و سلف ها است.

قانون اهم برای یک مدار کامل برای جریان متناوب:

که در آن Z مقاومت پیچیده ای است که از فعال و واکنش پذیر تشکیل شده است.

همه چیز آنقدر بد نیست

قانون اهم برای یک مدار کامل، علاوه بر اینکه تلفات انرژی را نشان می دهد، راه هایی را نیز برای حذف آنها پیشنهاد می کند. برقکارهای معمولی به ندرت از فرمول برای یافتن مقاومت پیچیده زمانی که ظرفیت خازنی یا القایی در مدار وجود دارد استفاده می کنند. در بیشتر موارد، جریان با گیره یا تستر مخصوص اندازه گیری می شود. و هنگامی که ولتاژ مشخص است، محاسبه مقاومت پیچیده آسان است (اگر واقعاً لازم باشد).

بیایید مدار الکتریکی را مونتاژ کنیم (شکل 1، ولی) متشکل از یک باتری 1 ولتاژ 2 ولت، رئوستات اهرمی 2 ، دو ابزار اندازه گیری - یک ولت متر 3 و آمپرمتر 4 و سیم های اتصال 5 . مقاومت مدار را با استفاده از رئوستات روی 2 اهم تنظیم کنید. سپس یک ولت متر متصل به پایانه های باتری ولتاژ 2 ولت و آمپر متر متصل به مدار به مدار جریان 1 A را نشان می دهد. اجازه دهید با روشن کردن باتری دیگری ولتاژ را به 4 ولت افزایش دهیم (شکل 1، ب). با همان مقاومت در مدار - 2 اهم - آمپرمتر از قبل جریان 2 A را نشان می دهد. یک باتری 6 ولت آمپرمتر را به 3 A تغییر می دهد (شکل 1، که در). ما مشاهدات خود را در جدول 1 خلاصه می کنیم.

شکل 1. تغییر جریان در مدار الکتریکی با تغییر ولتاژ با مقاومت ثابت

میز 1

وابستگی جریان در مدار به ولتاژ در یک مقاومت ثابت

از این‌جا می‌توان نتیجه گرفت که جریان در مدار در مقاومت ثابت هر چه بیشتر است، ولتاژ این مدار بیشتر است و با افزایش ولتاژ، جریان به چند برابر افزایش می‌یابد.

حال در همان مدار یک باتری با ولتاژ 2 ولت قرار می دهیم و با استفاده از رئوستات مقاومت مدار را روی 1 اهم قرار می دهیم (شکل 2، ولی). سپس آمپرمتر 2 A را نشان می دهد. بیایید با یک رئوستات مقاومت را به 2 اهم افزایش دهیم (شکل 2، ب). قرائت آمپرمتر (در همان ولتاژ مدار) قبلاً 1 A خواهد بود.

شکل 2. تغییر جریان در مدار الکتریکی با تغییر مقاومت در یک ولتاژ ثابت

با مقاومت در مدار 3 اهم (شکل 2، که در) قرائت آمپرمتر 2/3 A خواهد بود.

نتیجه آزمایش در جدول 2 خلاصه شده است.

جدول 2

وابستگی جریان مدار به مقاومت در یک ولتاژ ثابت

این نشان دهنده این است که در یک ولتاژ ثابت، جریان در مدار بیشتر خواهد بود، هر چه مقاومت این مدار کمتر باشد، و جریان در مدار به اندازه کاهش مقاومت مدار افزایش می یابد.

همانطور که آزمایشات نشان می دهد، جریان در یک بخش مدار با ولتاژ این بخش نسبت مستقیم و با مقاومت همان بخش نسبت معکوس دارد. این رابطه به قانون اهم معروف است.

اگر نشان دهیم: من- جریان بر حسب آمپر؛ U- ولتاژ بر حسب ولت؛ r- مقاومت بر حسب اهم، پس قانون اهم را می توان با فرمول نشان داد:

یعنی جریان در یک بخش معین از مدار برابر است با ولتاژ این بخش تقسیم بر مقاومت همان بخش.

ویدئو 1. قانون اهم برای بخش زنجیره ای

مثال 1اگر فیلامنت دارای مقاومت ثابت 240 اهم باشد و لامپ به شبکه ای با ولتاژ 120 ولت متصل باشد، جریانی را که از رشته لامپ رشته ای عبور می کند، تعیین کنید.

با استفاده از فرمول قانون اهم می توان ولتاژ و مقاومت مدار را نیز تعیین کرد.

U = من × r ,

یعنی ولتاژ مدار برابر است با حاصل ضرب جریان و مقاومت این مدار و

یعنی مقاومت مدار برابر است با ولتاژ تقسیم بر جریان مدار.

مثال 2برای انتقال جریان 20 آمپر در مداری با مقاومت 6 اهم چه ولتاژی لازم است؟

U = من × r= 20 × 6 = 120 ولت.

مثال 3جریان 5 A از طریق مارپیچ کاشی الکتریکی می گذرد.کاشی به شبکه ای با ولتاژ 220 ولت متصل است.مقاومت مارپیچ کاشی الکتریکی را تعیین کنید.

اگر در فرمول U = من × rجریان 1 A، و مقاومت 1 اهم است، سپس ولتاژ 1 ولت خواهد بود:

1 ولت = 1 A × 1 اهم.

از این نتیجه می گیریم: ولتاژ 1 ولت در مداری با مقاومت 1 اهم در جریان 1 آمپر عمل می کند.

افت ولتاژ

شکل 3 مدار الکتریکی متشکل از یک باتری، مقاومت را نشان می دهد rو سیم های اتصال بلند مقاومت خاص خود را دارند.

همانطور که از شکل 3 می بینید، ولت متر متصل به پایانه های باتری 2 ولت را نشان می دهد. در وسط خط، ولت متر فقط 1.9 ولت و نزدیک به مقاومت را نشان می دهد. rولتاژ فقط 1.8 ولت است. چنین کاهش ولتاژ در طول مدار بین نقاط مجزای این مدار، افت (افت) ولتاژ نامیده می شود.

از دست دادن ولتاژ در طول یک مدار الکتریکی به این دلیل رخ می دهد که بخشی از ولتاژ اعمال شده برای غلبه بر مقاومت مدار استفاده می شود. در این حالت تلفات ولتاژ در قسمتی از مدار هر چه بیشتر، جریان بیشتر و مقاومت این بخش از مدار بیشتر باشد. از قانون اهم برای یک بخش مدار، چنین استنباط می شود که افت ولتاژ بر حسب ولت در یک بخش مدار برابر با جریان آمپری است که از این بخش می گذرد، ضرب در مقاومت اهم همان بخش:

U = من × r .

مثال 4از ژنراتور که ولتاژ پایانه های آن 115 ولت است، برق از طریق سیم هایی با مقاومت 0.1 اهم به موتور الکتریکی منتقل می شود. ولتاژ را در پایانه های موتور در صورتی که جریان 50 آمپر می کشد، تعیین کنید.

بدیهی است که ولتاژ در پایانه های موتور کمتر از ترمینال های ژنراتور خواهد بود، زیرا افت ولتاژ در خط وجود خواهد داشت. طبق فرمول، تعیین می کنیم که افت ولتاژ برابر است با:

U = من × r= 50 × 0.1 = 5 ولت.

اگر افت ولتاژ در خط 5 ولت باشد، ولتاژ در موتور الکتریکی 115 - 5 = 110 ولت خواهد بود.

مثال 5ژنراتور ولتاژ 240 ولت می دهد. الکتریسیته از طریق یک خط دو سیم مسی به طول 350 متر با سطح مقطع 10 میلی متر مربع به یک موتور الکتریکی که جریان 15 A را مصرف می کند منتقل می شود. لازم است ولتاژ را بدانید. پایانه های موتور

ولتاژ در پایانه های موتور کمتر از ولتاژ ژنراتور به میزان افت ولتاژ در خط خواهد بود. افت ولتاژ خط U = من × r.

از زمان مقاومت rسیم ناشناخته است، ما آن را با فرمول تعیین می کنیم:

")؛ طول لبرابر با 700 متر است، زیرا جریان باید از ژنراتور به موتور و از آنجا به ژنراتور برگردد.

جایگزین کردن rدر فرمول دریافت می کنیم:

U = من × r= 15 × 1.22 = 18.3 ولت

بنابراین، ولتاژ در پایانه های موتور 240 - 18.3 \u003d 221.7 ولت خواهد بود.

مثال 6تعیین سطح مقطع سیم های آلومینیومی که باید برای تامین انرژی الکتریکی موتوری که با ولتاژ 120 ولت و جریان 20 آمپر کار می کند اعمال شود. انرژی موتور از یک ژنراتور 127 ولت در طول یک خط تامین می شود. طول 150 متر

افت ولتاژ مجاز را بیابید:

127 - 120 = 7 ولت.

مقاومت سیم های خط باید برابر با:

از فرمول

سطح مقطع سیم را تعیین کنید:

که ρ مقاومت آلومینیوم است (جدول 1، در مقاله "مقاومت و هدایت الکتریکی").

با توجه به کتاب مرجع، سطح مقطع موجود 25 میلی متر مربع را انتخاب می کنیم.
اگر همان خط با سیم مسی ساخته شود، سطح مقطع آن برابر خواهد بود:

که ρ مقاومت مس است (جدول 1 در مقاله "مقاومت و رسانایی الکتریکی").

ما یک مقطع 16 میلی متر مربع را انتخاب می کنیم.

همچنین متذکر می شویم که گاهی اوقات لازم است عمداً به افت ولتاژ دست یابیم تا مقدار ولتاژ اعمال شده کاهش یابد.

مثال 7برای سوزاندن پایدار قوس الکتریکی، جریان 10 آمپر در ولتاژ 40 ولت مورد نیاز است. مقدار مقاومت اضافی را که باید به صورت سری به نصب قوس متصل شود، تعیین کنید تا از شبکه ای با ولتاژ تغذیه شود. 120 ولت

افت ولتاژ در مقاومت اضافی خواهد بود:

120 - 40 = 80 V.

با دانستن افت ولتاژ در مقاومت اضافی و جریان عبوری از آن، طبق قانون اهم می توان مقدار این مقاومت را برای یک بخش مدار تعیین کرد:

در بررسی مدار الکتریکی، ما هنوز این واقعیت را در نظر نگرفته ایم که مسیر جریان نه تنها از قسمت خارجی مدار می گذرد، بلکه در امتداد قسمت داخلی مدار، داخل خود سلول، باتری یا منبع دیگر ولتاژ

جریان الکتریکی با عبور از داخل مدار، بر مقاومت داخلی آن غلبه می کند و بنابراین افت ولتاژ نیز در داخل منبع ولتاژ رخ می دهد.

در نتیجه، نیروی الکتروموتور (emf) منبع انرژی الکتریکی برای پوشش تلفات ولتاژ داخلی و خارجی در مدار می رود.

اگر تعیین کنیم Eنیروی محرکه الکتریکی بر حسب ولت است، من- جریان بر حسب آمپر، rمقاومت مدار خارجی بر حسب اهم است، r 0 - مقاومت مدار داخلی بر حسب اهم، U 0 افت ولتاژ داخلی و Uافت ولتاژ خارجی مدار است، آن را بدست می آوریم

E = U 0 + U = من × r 0 + من × r = من × ( r 0 + r),

این فرمول قانون اهم برای کل مدار (کامل) است. در کلمات اینگونه خوانده می شود: جریان در یک مدار الکتریکی برابر است با نیروی محرکه الکتریکی تقسیم بر مقاومت کل مدار(مجموع مقاومت داخلی و خارجی).

ویدئو 2. قانون اهم برای یک مدار کامل

مثال 8نیروی محرکه برقی Eعنصر 1.5 ولت است، مقاومت داخلی آن است r 0 = 0.3 اهم. عنصر به مقاومت کوتاه شده است r= 2.7 اهم جریان در مدار را تعیین کنید.

مثال 9 e را تعیین کنید. d.s. عنصر E، بسته به مقاومت r\u003d 2 اهم اگر جریان در مدار باشد من= 0.6 A. مقاومت داخلی عنصر r 0 = 0.5 اهم

یک ولت متر متصل به پایانه های المنت، ولتاژ روی آنها را برابر با ولتاژ شبکه یا افت ولتاژ در مدار خارجی نشان می دهد.

U = من × r= 0.6 × 2 = 1.2 V.

بنابراین، بخشی از e. d.s. عنصر برای پوشش تلفات داخلی می رود و بقیه - 1.2 ولت به شبکه داده می شود.

افت ولتاژ داخلی

U 0 = من × r 0 = 0.6 × 0.5 = 0.3 V.

زیرا E = U 0 + U، سپس

E\u003d 0.3 + 1.2 \u003d 1.5 ولت

همین پاسخ را می توان با استفاده از فرمول قانون اهم برای یک مدار کامل به دست آورد:

E = من × ( r 0 + r) = 0.6 × (0.5 +2) = 1.5 V.

ولت متر متصل به پایانه های هر منبع e. d.s. در حین کار، ولتاژ روی آنها یا ولتاژ شبکه را نشان می دهد. هنگامی که یک مدار الکتریکی باز می شود، جریانی از آن عبور نمی کند. جریان از داخل منبع e نیز عبور نخواهد کرد. d.s.، و بنابراین افت ولتاژ داخلی وجود نخواهد داشت. بنابراین یک ولت متر با مدار باز e را نشان می دهد. d.s. منبع انرژی الکتریکی

بنابراین، یک ولت متر متصل به پایانه های e. d.s. نشان می دهد:
الف) با یک مدار الکتریکی بسته - ولتاژ شبکه؛
ب) با مدار الکتریکی باز - ه. d.s. منبع انرژی الکتریکی

مثال 10نیروی الکتروموتور المان 1.8 ولت است. به مقاومت کوتاه شده است r\u003d 2.7 اهم. جریان در مدار 0.5 A است. مقاومت داخلی را تعیین کنید r 0 عنصر و افت ولتاژ داخلی U 0 .

زیرا r\u003d 2.7 اهم، پس

r 0 \u003d 3.6 - 2.7 \u003d 0.9 اهم؛

U 0 = من × r 0 = 0.5 × 0.9 = 0.45 V.

از مثال های حل شده می توان دریافت که قرائت ولت متر متصل به پایانه های e. d.s.، تحت شرایط مختلف عملیاتی مدار الکتریکی ثابت نمی ماند. با افزایش جریان در مدار، افت ولتاژ داخلی نیز افزایش می یابد. بنابراین، با ثابت e. d.s. ولتاژ کمتر و کمتری بر سهم شبکه خارجی خواهد افتاد.

جدول 3 نشان می دهد که چگونه ولتاژ مدار الکتریکی تغییر می کند ( U) بسته به تغییر مقاومت خارجی ( r) در ثابت e. d.s. ( E) و مقاومت داخلی ( r 0) منبع انرژی

جدول 3

ولتاژ مدار در مقابل مقاومت rبا ثابت e. d.s. و مقاومت داخلی r 0

مانند جریان الکتریکی، ولتاژ، مقاومت و توان. به اصطلاح، نوبت به قوانین اساسی برق رسیده است که بدون آگاهی و درک آن، مطالعه و درک مدارها و دستگاه های الکترونیکی غیرممکن است.

قانون اهم

جریان الکتریکی، ولتاژ، مقاومت و قدرت، البته، به هم متصل هستند. و رابطه بین آنها بدون شک با مهمترین قانون الکتریکی توصیف شده است - قانون اهم. به شکل ساده شده، این قانون را می گویند: قانون اهم برای بخش زنجیره ای. و قانون به این صورت است:

"قدرت جریان در یک بخش مدار با ولتاژ نسبت مستقیم و با مقاومت الکتریکی این بخش از مدار نسبت عکس دارد."

برای کاربرد عملی، فرمول قانون اهم را می توان به عنوان یک مثلث نشان داد که علاوه بر نمایش اصلی فرمول، به تعیین مقادیر دیگر کمک می کند.

مثلث به این صورت عمل می کند. برای محاسبه یکی از کمیت ها کافی است آن را با انگشت خود ببندید. مثلا:

در مقاله قبل، قیاسی بین برق و آب ترسیم کردیم و رابطه بین ولتاژ، جریان و مقاومت را آشکار کردیم. همچنین شکل زیر می تواند به عنوان تفسیر خوبی از قانون اهم باشد که به وضوح ماهیت قانون را نشان می دهد:

روی آن می بینیم که مرد کوچولو "ولت" (ولتاژ) مرد کوچولو "آمپر" (جریان) را از طریق هادی هل می دهد که مرد کوچک "اوهم" (مقاومت) را می کشد. بنابراین معلوم می شود که هر چه مقاومت قوی تر هادی را فشرده کند، عبور جریان از آن سخت تر است ("قدرت جریان با مقاومت بخش مدار نسبت معکوس دارد" - یا هر چه مقاومت بیشتر باشد، بدتر است. جریان است و هر چه کمتر باشد). اما ولتاژ نمی خوابد و با تمام توان جریان را فشار می دهد (هرچه ولتاژ بالاتر باشد جریان بیشتر است یا - "قدرت جریان در بخش مدار مستقیماً با ولتاژ متناسب است").

هنگامی که چراغ قوه شروع به درخشش ضعیف می کند، می گوییم - "باتری تمام شده است." چه بلایی سرش اومده، ترخیص یعنی چی؟ این بدان معنی است که ولتاژ باتری کاهش یافته است و دیگر نمی تواند به جریان "کمک" کند تا بر مقاومت مدارهای چراغ قوه و لامپ غلبه کند. بنابراین معلوم می شود که هر چه ولتاژ بیشتر باشد، جریان بیشتر است.

اتصال سریال - مدار سریال

هنگامی که مصرف کننده ها به صورت سری وصل می شوند، به عنوان مثال، لامپ های معمولی، قدرت جریان در هر مصرف کننده یکسان است، اما ولتاژ متفاوت خواهد بود. در هر یک از مصرف کننده ها، ولتاژ کاهش می یابد (کاهش می یابد).

و قانون اهم در مدار سری به صورت زیر خواهد بود:

هنگامی که به صورت سری متصل می شود، مقاومت های مصرف کننده افزایش می یابد. فرمول محاسبه مقاومت کل:

اتصال موازی - مدار موازی

در صورت اتصال موازی، ولتاژ یکسانی به هر مصرف کننده اعمال می شود، اما جریان عبوری از هر یک از مصرف کننده ها، اگر مقاومت آنها متفاوت باشد، متفاوت خواهد بود.

قانون اهم برای مدار موازی متشکل از سه مصرف کننده به صورت زیر خواهد بود:

در صورت اتصال موازی، مقاومت کل مدار همیشه کمتر از مقدار کوچکترین مقاومت فردی خواهد بود. وگرنه می گویند "مقاومت از کوچکترین خواهد بود."

مقاومت کل مدار متشکل از دو مصرف کننده با اتصال موازی:

مقاومت کل مدار متشکل از سه مصرف کننده در صورت اتصال موازی:

برای تعداد بیشتری از مصرف کنندگان، محاسبه بر این اساس است که با اتصال موازی، رسانایی (مقاومت متقابل) به عنوان مجموع رسانایی هر مصرف کننده محاسبه می شود.

برق

توان یک کمیت فیزیکی است که میزان انتقال یا تبدیل انرژی الکتریکی را مشخص می کند. توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:

بنابراین، با دانستن ولتاژ منبع و اندازه گیری جریان مصرفی، می توانیم توان مصرفی دستگاه را تعیین کنیم. و بالعکس، با دانستن توان دستگاه برقی و ولتاژ برق، می توان میزان جریان مصرفی را تعیین کرد. چنین محاسباتی گاهی ضروری است. به عنوان مثال از فیوزها یا قطع کننده های مدار برای محافظت از وسایل برقی استفاده می شود. برای انتخاب محافظ مناسب، باید میزان مصرف فعلی را بدانید. فیوزهای مورد استفاده در لوازم خانگی، به عنوان یک قاعده، قابل تعمیر هستند و کافی است آنها را بازیابی کنید.

یکی از کاربردی ترین قوانین در مهندسی برق. این قانون رابطه بین سه کمیت مهم را نشان می دهد: قدرت جریان، ولتاژ و مقاومت. این ارتباط توسط گئورگ اهم در دهه 1820 شناسایی شد و به همین دلیل این قانون نام خود را گرفت.

فرمول قانون اهمبعد:
مقدار جریان در یک بخش از مدار با ولتاژ اعمال شده به این بخش نسبت مستقیم و با مقاومت آن نسبت معکوس دارد.

این وابستگی را می توان با فرمول بیان کرد:

در جایی که I قدرت جریان است، U ولتاژ اعمال شده به بخش مدار و R مقاومت الکتریکی بخش مدار است.
بنابراین، اگر دو عدد از این کمیت ها شناخته شوند، سومی را می توان به راحتی محاسبه کرد.
قانون اهم را می توان با یک مثال ساده فهمید. فرض کنید باید مقاومت رشته رشته ای یک لامپ چراغ قوه را محاسبه کنیم و مقدار ولتاژ لامپ و جریان مورد نیاز برای عملکرد آن را می دانیم (خود لامپ، به طوری که می دانید، مقاومت متغیری دارد، اما برای به عنوان مثال، بیایید آن را ثابت در نظر بگیریم). برای محاسبه مقاومت، باید مقدار ولتاژ را بر مقدار جریان تقسیم کرد. چگونه برای محاسبه صحیح فرمول قانون اهم را به خاطر بسپاریم؟ و انجام آن بسیار آسان است! شما فقط باید مانند تصویر زیر برای خود یادآوری کنید.
اکنون، با پوشاندن هر یک از مقادیر با دست خود، بلافاصله متوجه خواهید شد که چگونه آن را پیدا کنید. اگر حرف I را ببندید، مشخص می شود که برای یافتن قدرت جریان، باید ولتاژ را بر مقاومت تقسیم کنید.
حال بیایید بفهمیم که کلمات "مستقیم متناسب و معکوس نسبت" در تدوین قانون به چه معناست. تعبیر "میزان جریان در یک بخش از مدار با ولتاژ اعمال شده به این بخش نسبت مستقیم دارد" به این معنی است که اگر ولتاژ در بخش مدار افزایش یابد، جریان در این بخش نیز افزایش می یابد. به زبان ساده، هر چه ولتاژ بیشتر باشد، جریان بیشتر است. و عبارت «برعکس نسبت با مقاومت آن» به این معنی است که هر چه مقاومت بیشتر باشد جریان کمتری خواهد داشت.
مثالی را با عملکرد یک لامپ در چراغ قوه در نظر بگیرید. بیایید بگوییم که چراغ قوه برای کار کردن به سه باتری نیاز دارد، همانطور که در نمودار زیر نشان داده شده است، جایی که GB1 - GB3 باتری هستند، S1 یک سوئیچ، HL1 یک لامپ است.

فرض کنید مقاومت لامپ به طور مشروط ثابت است، اگرچه هنگام گرم شدن، مقاومت آن افزایش می یابد. روشنایی لامپ به شدت جریان بستگی دارد، هر چه بیشتر باشد، لامپ روشن‌تر می‌سوزد. حال تصور کنید که به جای یک باتری، یک جامپر را وارد کرده ایم و در نتیجه ولتاژ را کاهش می دهیم.
چه اتفاقی برای لامپ خواهد افتاد؟
تاریک تر می درخشد (قدرت فعلی کاهش یافته است) که قانون اهم را تأیید می کند:
هر چه ولتاژ کمتر باشد جریان کمتر است.

این قانون فیزیکی که ما در زندگی روزمره با آن مواجه می شویم به سادگی عمل می کند.
یک جایزه مخصوصا برای شما یک تصویر کمدی است که قانون اهم را کم رنگ تر توضیح می دهد.

این یک مقاله مروری بود. ما در مورد این قانون با جزئیات بیشتر در مقاله بعدی صحبت می کنیم، با در نظر گرفتن همه چیز در سایر نمونه های پیچیده تر.

اگر با فیزیک جواب نداد، انگلیسی برای کودکان (http://www.anylang.ru/order-category/?slug=live_language) به عنوان یک گزینه توسعه جایگزین.

قانون اهم برای یک مقطع مدار، قانونی است که به صورت تجربی (تجربی) به دست آمده است که بین قدرت جریان در یک بخش مدار و ولتاژ انتهای این بخش و مقاومت آن ارتباط برقرار می کند. فرمول دقیق قانون اهم برای یک بخش مدار به صورت زیر نوشته شده است: شدت جریان در مدار با ولتاژ در بخش آن نسبت مستقیم و با مقاومت این بخش نسبت معکوس دارد.

فرمول قانون اهم برای بخش زنجیره به صورت زیر نوشته شده است:

I - قدرت جریان در هادی [A]؛

U – ولتاژ الکتریکی (تفاوت پتانسیل) [V]؛

R مقاومت الکتریکی (یا به سادگی مقاومت) هادی [اهم] است.

از نظر تاریخی، مقاومت R در قانون اهم برای یک بخش مدار، مشخصه اصلی یک رسانا در نظر گرفته می شود، زیرا تنها به پارامترهای این هادی بستگی دارد. لازم به ذکر است که قانون اهم به شکل ذکر شده برای فلزات و محلول های (ذوب) الکترولیت ها و فقط برای مدارهایی که منبع جریان واقعی وجود ندارد و یا منبع جریان ایده آل است معتبر است. منبع جریان ایده آل منبعی است که مقاومت (داخلی) خود را نداشته باشد. اطلاعات بیشتر در مورد قانون اهم که در مدار با منبع جریان اعمال می شود را می توانید در مقاله ما بیابید. ما موافقت می کنیم که جهت مثبت را از چپ به راست در نظر بگیریم (شکل زیر را ببینید). سپس ولتاژ در سطح مقطع برابر با اختلاف پتانسیل است.

φ 1 - پتانسیل در نقطه 1 (در ابتدای بخش)؛

φ 2 - پتانسیل در نقطه 2 (و انتهای بخش).

اگر شرط φ 1 > φ 2 ارضا شود، ولتاژ U > 0. بنابراین، خطوط کشش در هادی از نقطه 1 به نقطه 2 هدایت می شوند و از این رو جریان در این جهت جریان می یابد. این جهت جریان است که I > O را مثبت در نظر خواهیم گرفت.

ساده ترین مثال برای تعیین مقاومت در یک بخش مدار با استفاده از قانون اهم را در نظر بگیرید. در نتیجه آزمایش با مدار الکتریکی، یک آمپرمتر (دستگاهی که قدرت جریان را نشان می دهد) و یک ولت متر را نشان می دهد. تعیین مقاومت مقطع مدار ضروری است.

طبق تعریف قانون اهم برای یک بخش زنجیره ای

هنگام مطالعه قانون اهم برای بخشی از مدار در کلاس هشتم یک مدرسه، معلمان اغلب سوالات زیر را برای تقویت مطالب مطرح شده از دانش آموزان می پرسند:

قانون اهم برای یک بخش زنجیره بین چه مقادیری رابطه برقرار می کند؟

پاسخ صحیح: بین جریان [I]، ولتاژ [U] و مقاومت [R].

چرا جریان به ولتاژ بستگی دارد؟

پاسخ صحیح: مقاومت

چگونه قدرت جریان به ولتاژ هادی بستگی دارد؟

پاسخ صحیح: نسبت مستقیم

جریان چگونه به مقاومت بستگی دارد؟

پاسخ صحیح: با نسبت معکوس.

این سوالات به این دلیل مطرح می شود که دانش آموزان کلاس هشتم بتوانند قانون اهم را برای مقاطع مدار به خاطر بسپارند که در تعریف آن می گوید اگر مقاومت هادی تغییر نکند، شدت جریان با ولتاژ انتهای هادی نسبت مستقیم دارد.