Označite ovu stranicu

Ohmov zakon

Na slici je prikazan dijagram najjednostavnijeg električnog kruga koji vam je poznat. Ovaj zatvoreni krug sastoji se od tri elementa:

• izvor napona - GB baterije;
• potrošač struje - opterećenje R, koje može biti, na primjer, nit električne žarulje ili otpornik;
• vodiči koji povezuju izvor napona s opterećenjem.

Usput, ako se ovaj krug dopuni prekidačem, dobivate kompletan krug džepne električne svjetiljke. Opterećenje R, koje ima određeni otpor, je dio kruga.

Vrijednost struje u ovom dijelu kruga ovisi o naponu koji na njega djeluje i njegovom otporu: što je veći napon i manji otpor, to će struja teći kroz dio kruga veća.

Ova ovisnost struje o naponu i otporu izražava se sljedećom formulom:

• I - struja, izražena u amperima, A;
• U - napon u voltima, V;
• R - otpor u omima, Ohm.

Ovaj matematički izraz čita se kako slijedi: struja u dijelu kruga izravno je proporcionalna naponu na njemu i obrnuto je proporcionalna njegovom otporu. Ovo je osnovni zakon elektrotehnike, nazvan Ohmov zakon (po imenu G. Ohm) za dio električnog kruga. Koristeći Ohmov zakon, možete saznati nepoznatu trećinu pomoću dvije poznate električne veličine. Evo nekoliko primjera praktične primjene Ohmovog zakona:

1. Prvi primjer. Na dijelu kruga s otporom od 5 ohma djeluje napon od 25 V. Potrebno je saznati vrijednost struje u ovom dijelu kruga. Rješenje: I = U / R = 25/5 = 5 A.
2. Drugi primjer. Napon od 12 V djeluje na dio kruga, stvarajući struju u njemu jednaku 20 mA. Koliki je otpor ovog dijela strujnog kruga? Prije svega, struja od 20 mA mora biti izražena u amperima. To će biti 0,02 A. Tada je R = 12 / 0,02 = 600 Ohm.
3. Treći primjer. Kroz dio kruga od 10 kΩ teče struja od 20 mA. Koliki je napon koji djeluje na ovaj dio strujnog kruga? Ovdje, kao iu prethodnom primjeru, struja mora biti izražena u amperima (20 mA = 0,02 A), otpor u ohmima (10 kΩ = 10 000 ohma). Dakle, U = IR = 0,02 × 10000 = 200 V.

Na bazi žarulje sa žarnom niti ravne džepne svjetiljke utisnuto je: 0,28 A i 3,5 V. Što govori ova informacija? Činjenica da će žarulja svijetliti normalno pri struji od 0,28 A, što je posljedica napona od 3,5 V. Koristeći Ohmov zakon, lako je izračunati da žarna nit žarulje ima otpor R = 3,5 / 0,28 = 12,5 Ohm ...

Ovo je otpor žarulje sa žarnom niti žarulje, otpor ohlađene niti je mnogo manji. Ohmov zakon vrijedi ne samo za mjesto, već i za cijeli električni krug. U ovom slučaju, ukupni otpor svih elemenata kruga zamjenjuje se u R vrijednost, uključujući unutarnji otpor izvora struje. Međutim, u najjednostavnijim proračunima strujnog kruga, otpor spojnih vodiča i unutarnji otpor izvora struje obično se zanemaruju.

S tim u vezi, potrebno je navesti još jedan primjer: napon električne rasvjetne mreže je 220 V. Koja će struja teći u strujnom krugu ako je otpor opterećenja 1000 Ohma? Rješenje: I = U / R = 220/1000 = 0,22 A. Otprilike ovu struju troši električno lemilo.

Sve ove formule, koje slijede iz Ohmovog zakona, mogu se koristiti za izračunavanje krugova izmjenične struje, ali pod uvjetom da u krugovima nema induktora i kondenzatora.

Ohmov zakon i formule izračuna koje su izvedene iz njega dovoljno je lako zapamtiti, ako koristite ovaj grafički dijagram, ovo je takozvani trokut Ohmovog zakona.

Lako je koristiti ovaj trokut, dovoljno je jasno zapamtiti da vodoravna crta u njemu znači znak dijeljenja (po analogiji s razlomkom), a okomita crta znači znak množenja.

Sada bismo trebali razmotriti sljedeće pitanje: kako otpornik spojen na krug serijski s opterećenjem ili paralelno s njim utječe na struju? Bolje je to razumjeti na primjeru. Postoji žarulja od okrugle električne svjetiljke, dizajnirana za napon od 2,5 V i struju od 0,075 A. Je li moguće napajati ovu žarulju iz baterije 3336L, čiji je početni napon 4,5 V?

Lako je izračunati da žarulja sa žarnom niti ove žarulje ima otpor nešto veći od 30 ohma. Ako ga napajate iz svježe baterije 3336L, tada će, prema Ohmovom zakonu, struja teći kroz nit žarulje, gotovo dvostruko veća od struje za koju je dizajnirana. Nit neće izdržati takvo preopterećenje, pregrijat će se i srušiti. Ali ova žarulja se još uvijek može napajati iz baterije od 336L ako je dodatni otpornik od 25 Ohma spojen serijski u krug.

U ovom slučaju, ukupni otpor vanjskog kruga bit će približno 55 ohma, odnosno 30 ohma - otpor niti žarulje H plus 25 ohma - otpor dodatnog otpornika R. U krugu, dakle, struja će teći jednaka oko 0,08 A, odnosno gotovo ista za koju je nit žarulje dizajnirana.

Ova žarulja se može napajati iz baterije i s većim naponom, pa čak i iz električne rasvjetne mreže, ako odaberete otpornik odgovarajućeg otpora. U ovom primjeru, dodatni otpornik ograničava struju u krugu na vrijednost koja nam je potrebna. Što je veći njegov otpor, manja će biti struja u krugu. U tom su slučaju u krugu serijski spojena dva otpora: otpor niti žarulje i otpor otpornika. A kod serijske veze otpora struja je ista u svim točkama strujnog kruga.

Ampermetar možete uključiti u bilo kojem trenutku i svugdje će pokazivati ​​jednu vrijednost. Ovaj fenomen se može usporediti s protokom vode u rijeci. Korito rijeke na različitim dijelovima može biti široko ili usko, duboko ili plitko. Međutim, tijekom određenog vremenskog razdoblja, uvijek ista količina vode prolazi kroz presjek bilo kojeg dijela riječnog kanala.

Dodatni otpornik spojen u krug serijski s opterećenjem može se smatrati otpornikom koji "prigušuje" dio napona koji djeluje u krugu. Napon koji se ugasi dodatnim otpornikom ili, kako kažu, padne preko njega, bit će veći, što je veći otpor ovog otpornika. Poznavajući struju i otpor dodatnog otpornika, pad napona na njemu lako je sve izračunati koristeći istu poznatu formulu U = IR, ovdje:

• U - pad napona, V;
• I je struja u krugu, A;
• R je otpor dodatnog otpornika, Ohm.

Na primjer, otpornik R (vidi sliku) ugasio je višak napona: U = IR = 0,08 × 25 = 2 V. Ostatak napona baterije, jednak oko 2,5 V, pao je na nit žarulje. Potrebni otpor otpornika može se pronaći drugom poznatom formulom R = U / I, gdje je:

• R je potrebni otpor dodatnog otpornika, Ohm;
• U je napon koji se gasi, V;
• I je struja u krugu, A.

Za primjer koji se razmatra, otpor dodatnog otpornika jednak je: R = U / I = 2 / 0,075, 27 Ohm. Promjenom otpora možete smanjiti ili povećati napon koji pada na dodatnom otporniku, čime se regulira struja u krugu. No, dodatni otpornik R u takvom krugu može biti promjenjiv, odnosno otpornik čiji se otpor može mijenjati (vidi sliku ispod).

U ovom slučaju, uz pomoć klizača otpornika, moguće je glatko mijenjati napon koji se dovodi do opterećenja H, što znači da se struja koja teče kroz ovo opterećenje može glatko regulirati. Varijabilni otpornik uključen na ovaj način naziva se reostat. Uz pomoć reostata reguliraju se struje u krugovima prijamnika, televizora i pojačala. U mnogim kinima reostati su korišteni za nesmetano gašenje svjetla u gledalištu. Postoji još jedan način spajanja opterećenja na izvor struje s viškom napona - također pomoću promjenjivog otpornika, ali uključen potenciometrom, odnosno djeliteljem napona, kao što je prikazano na donjoj slici.

Ovdje je R1 otpornik spojen potenciometrom, a R2 je opterećenje, koje može biti ista žarulja sa žarnom niti ili neki drugi uređaj. Na otporniku R1 dolazi do pada napona izvora struje, koji se djelomično ili potpuno može napajati na opterećenje R2. Kada je klizač otpornika u najnižem položaju, opterećenje se uopće ne dovodi napon (ako je žarulja, neće svijetliti).

Kako se klizač otpornika pomiče prema gore, opskrbljivat ćemo sve više napona na opterećenje R2 (ako je žarulja, žarulja će joj svijetliti). Kada je klizač otpornika R1 u najgornjem položaju, cijeli napon izvora struje će se primijeniti na opterećenje R2 (ako je R2 svjetiljka za svjetiljku, a napon izvora struje je visok, nit lampe će izgorjeti van). Eksperimentalno možete pronaći takav položaj klizača promjenjivog otpornika, pri kojem će napon koji mu je potreban biti opskrbljen opterećenjem.

Promjenjivi otpornici, uključeni potenciometrima, naširoko se koriste za kontrolu glasnoće u prijemnicima i pojačalima. Otpornik se može izravno spojiti paralelno s opterećenjem. U ovom slučaju, struja u ovom dijelu kruga se račva i ide u dva paralelna puta: kroz dodatni otpornik i glavno opterećenje. Najveća struja bit će u grani s najmanjim otporom.

Zbroj struja obiju grana bit će jednak struji koja se troši za napajanje vanjskog kruga. Paralelno spajanje pribjegava se u onim slučajevima kada je potrebno ograničiti struju ne u cijelom krugu, kao kod serijskog spajanja dodatnog otpornika, već samo u nekom području. Dodatni otpornici se spajaju npr. paralelno s miliampermetrima kako bi mogli mjeriti velike struje. Takvi otpornici se nazivaju shunt otpornici ili shuntovi. Riječ šant znači grana.

Koji je Ohmov zakon za potpuni lanac? Dakle, ovo je formula u kojoj je jasno vidljiva veza između glavnih parametara električnog kruga: struje, napona i otpora. Kako bismo razumjeli bit zakona, prvo razumimo neke od pojmova.

Što se zove električni krug?

Električni krug je put u električnom krugu kroz koji teku naboji (električni elementi, žice i drugi uređaji). Naravno, izvor energije se smatra njegovim početkom. Pod utjecajem elektromagnetskog polja, fotonskih pojava ili kemijskih procesa, električni naboji imaju tendenciju premjestiti na suprotni terminal ovog izvora energije.

Što je električna struja?

Smjerno kretanje nabijenih čestica kada su izložene električnom polju ili drugim vanjskim silama naziva se električna struja. Njegov je smjer određen usmjerenošću protona (pozitivnih naboja). Struja će biti konstantna ako se tijekom vremena nije promijenila ni njezina snaga ni smjer.

Povijest Ohmovog zakona

Provodeći eksperimente s vodičem, fizičar Georg Ohm uspio je ustanoviti da je jačina struje proporcionalna naponu koji se primjenjuje na njegove krajeve:

I / sim U ili I = G / U,

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

Ohmovi zakoni

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

I = E / (R + r),

gdje je R otpor vanjskog kruga, a r unutarnji otpor Vrlo često formulacija zakona uzrokuje poteškoće, budući da nisu svi upoznati s konceptom EMF-a, njegovom razlikom od napona, ne znaju svi što znači unutarnji otpor i odakle dolazi. Za to su potrebna objašnjenja, jer Ohmov zakon za potpuni lanac ima duboko značenje.

Tekst zakona za dio lanca može se nazvati transparentnim. Poanta je da nisu potrebna dodatna objašnjenja da bi se to razumjelo: struja u krugu je izravno proporcionalna naponu i obrnuto proporcionalna otporu:

Značenje

Ohmov zakon za kompletan krug usko je povezan sa zakonom održanja energije. Pretpostavimo da izvor struje nema unutarnji otpor. Što bi se onda trebalo dogoditi? Ispada da kad ne bi postojao otpor, tada bi se vanjskom krugu dala veća struja, a prema tome i snaga bi bila veća.

Sada je vrijeme da shvatimo pojam elektromotorne sile. Ova vrijednost je razlika između električnih potencijala na stezaljkama izvora, ali samo bez opterećenja. Uzmimo za primjer tlak vode u podignutom spremniku. Razina vode će ostati na svom mjestu dok se ne potroši. Kada se slavina otvori, razina tekućine će se smanjiti, jer nema pumpanja. Ulazeći u cijev, voda doživljava otpor, isto se događa i s električnim nabojima u žici.

U nedostatku opterećenja, terminali su u otvorenom stanju, ispada da su EMF i napon isti po veličini. Ako, na primjer, upalimo žarulju, krug će se zatvoriti, a elektromotorna sila će u njemu stvoriti napon, obavljajući koristan posao. Dio energije će se raspršiti zbog unutarnjeg otpora (to se naziva gubitkom).

U slučaju da je otpor potrošača manji od unutarnjeg, tada se na izvoru struje oslobađa velika snaga. I tada dolazi do pada EMF-a u vanjskom krugu, a značajan dio energije se gubi na unutarnjem otporu. Bit zakona očuvanja je da priroda ne može uzeti više nego što daje.

Bit unutarnjeg otpora dobro je poznata stanovnicima "Hruščova", koji u svojim stanovima imaju klima uređaje, a staro ožičenje nije zamijenjeno. Električno brojilo vrti se vrtoglavom brzinom, utičnica i zid se zagrijavaju na onim mjestima gdje prolaze stare aluminijske žice, uslijed čega klima uređaj jedva hladi zrak u prostoriji.

Priroda r

"Puni Ohm" (kako su električari navikli nazivati ​​zakon) slabo se razumije, budući da unutarnji otpor izvora, u pravilu, nije električne prirode. Pogledajmo ovo na primjeru slane baterije. Poznato je da se električna baterija sastoji od nekoliko elemenata, ali ćemo razmotriti samo jedan. Dakle, imamo gotov akumulator "Krona", koji se sastoji od 7 serijski povezanih ćelija.

Kako se odvija sadašnja generacija? U posudu s elektrolitom stavljamo ugljičnu šipku u manganov omotač, koji se sastoji od pozitivnih elektroda ili anoda. Konkretno u ovom primjeru, karbonska šipka djeluje kao kolektor struje. Metalni cink se sastoji od negativnih elektroda (katoda). Komercijalne baterije obično sadrže gel elektrolit. Tekućina se koristi vrlo rijetko. Cinkova čašica s elektrolitom i anodama djeluje kao negativna elektroda.

Ispostavilo se da tajna baterije leži u činjenici da električni potencijal mangana nije tako visok kao u cinka. Stoga se elektroni privlače na katodu, koja zauzvrat odbija pozitivno nabijene ione cinka na anodu. Kao rezultat toga, katoda se postupno troši. Možda svi znaju da ako se istrošena baterija ne zamijeni na vrijeme, može procuriti. Koji je razlog tome? Sve je vrlo jednostavno: elektrolit će početi teći kroz odspojeno staklo.

Kada se naboji kreću na ugljičnom štapiću, pozitivni naboji se nakupljaju u manganskoj ljusci, dok se negativni naboji skupljaju na cinku. Stoga se zovu anoda i katoda, ali unutar baterija izgledaju drugačije. Razlika između naboja stvorit će elektromotornu silu.Naboji će se prestati kretati u elektrolitu kada razlika potencijala materijala elektrode bude jednaka vrijednosti EMF-a, a sile privlačenja jednake odbojnim silama.

Zatvorimo sada strujni krug: sve što trebate učiniti je spojiti žarulju na bateriju. Prolazeći kroz umjetni izvor svjetlosti, svaki će se naboj vratiti na svoje mjesto („kući“), a žarulja će zasvijetliti. Unutar baterije kretat će se ponovno kretanje elektrona i iona, budući da su naboji nestali, a privlačna ili odbojna sila se ponovno pojavila.

Zapravo, baterija stvara struju, zbog čega žarulja svijetli, to je zbog potrošnje cinka koji se u tom procesu pretvara u druge kemijske spojeve. Za ekstrakciju čistog cinka, prema zakonu očuvanja energije, trebate ga potrošiti, ali ne u električnom obliku (točno u istoj količini kao što je dana žarulji).

Sada konačno možemo shvatiti prirodu unutarnjeg otpora izvora. U bateriji je to prepreka kretanju velikih iona. Kretanje elektrona bez iona je nemoguće, jer nema sile privlačenja.

U industrijskim generatorima, r se pojavljuje ne samo zbog električnog otpora namota, već i zbog vanjskih uzroka. Tako, na primjer, u hidroelektranama vrijednost količine ovisi o učinkovitosti turbine, otporu strujanja vode u vodovu, a također i o gubicima u mehaničkom prijenosu. Osim toga, određeni utjecaj ima i temperatura vode i količina mulja.

Naizmjenična struja

Već smo razmotrili Ohmov zakon za cijeli krug za istosmjernu struju. Kako će se formula promijeniti s izmjeničnom strujom? Prije nego što to saznamo, okarakterizirajmo sam koncept. Izmjenična struja je kretanje električno nabijenih čestica čiji se smjer i vrijednost mijenjaju tijekom vremena. Za razliku od konstantnog, popraćen je dodatnim čimbenicima koji stvaraju novu vrstu otpora (reaktivni). Karakteristično je za kondenzatore i prigušnice.

Ohmov zakon za kompletan krug za izmjeničnu struju je:

gdje je Z - složeni otpor, koji se sastoji od aktivnog i reaktivnog.

Nije sve loše

Ohmov zakon za kompletan krug, osim što ukazuje na gubitke energije, također sugerira načine za njihovo uklanjanje. Obični električari rijetko koriste formulu za pronalaženje složenog otpora kada u krugu postoje kondenzatori ili prigušnice. U većini slučajeva, struja se mjeri stezaljkom ili posebnim testerom. A kada znate napon, lako možete izračunati složeni otpor (ako je stvarno potrebno).

Godine 1827. Georg Ohm je objavio svoje istraživanje koje čini osnovu formule koja se koristi do danas. Ohm je izveo veliki niz eksperimenata koji su pokazali odnos između primijenjenog napona i struje koja teče kroz vodič.

Ovaj zakon je empirijski, odnosno utemeljen na iskustvu. Oznaka "Ohm" usvojena je kao službena SI jedinica za električni otpor.

Ohmov zakon za dio lanca navodi da je električna struja u vodiču izravno proporcionalna razlici potencijala u njemu i obrnuto proporcionalna njegovom otporu. Uzimajući u obzir da je otpor vodiča (ne treba ga miješati) konstantna vrijednost, to možete formalizirati sljedećom formulom:

• I - struja u amperima (A)
• V - napon u voltima (V)
• R - otpor u omima (Ohm)

Radi jasnoće: otpornik otpora od 1 Ohm, kroz koji teče struja od 1 A, na svojim stezaljkama ima potencijalnu razliku (napon) od 1 V.

Njemački fizičar Kirchhoff (poznat po svojim Kirchhoffovim pravilima) napravio je generalizaciju koja se više koristi u fizici:

• σ - vodljivost materijala
• J - gustoća struje
• E - električno polje.

Ohmov zakon i otpornik

Otpornici su pasivni elementi koji se opiru strujanju električne struje u strujnom krugu. koji funkcionira prema Ohmovom zakonu naziva se omski otpor. Kada struja prolazi kroz takav otpornik, pad napona na njegovim stezaljkama proporcionalan je vrijednosti otpora.

Ohmova formula ostaje važeća za krugove s izmjeničnim naponom i strujom. Ohmov zakon nije prikladan za kondenzatore i prigušnice, budući da njihova VAC (strujna-naponska karakteristika) u biti nije linearna.

Ohmova formula također radi za krugove s više otpornika, koji se mogu spojiti u seriju, paralelno ili mješovito. Skupine otpornika spojenih serijski ili paralelno mogu se pojednostaviti u smislu ekvivalentnog otpora.

Članci o i povezivanju detaljnije opisuju kako to učiniti.

Njemački fizičar Georg Simon Ohm objavio je svoju cjelovitu teoriju elektriciteta 1827. godine pod naslovom "Teorija galvanskog kruga". Otkrio je da je pad napona na dijelu strujnog kruga rezultat rada struje koja teče kroz otpor tog dijela strujnog kruga. To je činilo osnovu zakona koji danas koristimo. Zakon je jedna od osnovnih jednadžbi za otpornike.

Ohmov zakon – formula

Formula Ohmovog zakona može se koristiti kada su poznate dvije od tri varijable. Odnos između otpora, struje i napona može se zapisati na različite načine. Za asimilaciju i pamćenje može biti koristan "Ohmov trokut".

U nastavku su dva primjera korištenja takvog trokutastog kalkulatora.

Imamo otpornik od 1 Ohma u krugu s padom napona od 100V do 10V na njegovim stezaljkama.Koja struja teče kroz ovaj otpornik?Trokut nas podsjeća da:
Imamo otpornik od 10 Ohma kroz koji teče struja od 2 Ampera pri naponu od 120V.Koliki će biti pad napona na ovom otporniku?Korištenje trokuta pokazuje nam da:Dakle, napon na pinu će biti 120-20 = 100 V.

Ohmov zakon - snaga

Kada električna struja teče kroz otpornik, on raspršuje dio snage u obliku topline.

Snaga je funkcija tekuće struje I (A) i primijenjenog napona V (V):

• P - snaga u vatima (V)

U kombinaciji s Ohmovim zakonom za dio kruga, formula se može transformirati u sljedeći oblik:

Idealan otpornik raspršuje svu energiju i ne pohranjuje električnu ili magnetsku energiju. Svaki otpornik ima ograničenje snage koja se može raspršiti bez oštećenja otpornika. Ovo je moć nazivaju nominalnim.

Uvjeti okoline mogu smanjiti ili povećati ovu vrijednost. Na primjer, ako je okolni zrak vruć, tada je sposobnost otpornika da odvede višak topline smanjena, a s druge strane, pri niskim temperaturama okoline povećava se sposobnost disipacije otpornika.

U praksi, otpornici rijetko imaju nazivne snage. Međutim, većina otpornika je ocijenjena za 1/4 ili 1/8 vata.

Ispod je tortni grafikon koji će vam pomoći da brzo identificirate odnos između snage, amperaže, napona i otpora. Svaki od četiri parametra pokazuje kako izračunati njegovu vrijednost.

Ohmov zakon - kalkulator

Ovaj online kalkulator Ohmovog zakona omogućuje vam da odredite odnos između amperaže, napona, otpora vodiča i snage. Za izračun unesite bilo koja dva parametra i kliknite gumb izračuna.

Ohmov zakon za dio strujnog kruga je zakon dobiven eksperimentalno (empirijski) koji uspostavlja odnos između jakosti struje u dijelu strujnog kruga s naponom na krajevima ovog dijela i njegovog otpora. Stroga formulacija Ohmovog zakona za dio strujnog kruga napisana je na sljedeći način: struja u krugu izravno je proporcionalna naponu u njegovom dijelu i obrnuto proporcionalna otporu ovog dijela.

Formula Ohmovog zakona za dio lanca napisana je na sljedeći način:

I je struja u vodiču [A];

U - električni napon (razlika potencijala) [V];

R - električni otpor (ili samo otpor) vodiča [Ohm].

Povijesno gledano, otpor R u Ohmovom zakonu za dio kruga smatra se glavnom karakteristikom vodiča, budući da ovisi isključivo o parametrima ovog vodiča. Treba napomenuti da Ohmov zakon u navedenom obliku vrijedi za metale i otopine (taline) elektrolita i to samo za one strujne krugove u kojima ne postoji pravi izvor struje ili je izvor struje idealan. Idealan izvor struje je onaj koji nema vlastiti (unutarnji) otpor. Više informacija o Ohmovom zakonu primijenjenom na krug s izvorom struje možete pronaći u našem članku. Dogovorimo se da razmotrimo pozitivan smjer s lijeva na desno (vidi sliku ispod). Tada je napon na presjeku jednak razlici potencijala.

φ 1 - potencijal u točki 1 (na početku presjeka);

φ 2 - potencijal u točki 2 (na kraju presjeka).

Ako je uvjet φ 1> φ 2 zadovoljen, tada je napon U> 0. Posljedično, naponske linije u vodiču su usmjerene od točke 1 do točke 2, pa stoga struja teče u tom smjeru. Upravo će se ovaj smjer struje smatrati pozitivnim I>O.

Razmotrimo najjednostavniji primjer određivanja otpora na dijelu strujnog kruga koristeći Ohmov zakon. Kao rezultat pokusa s električnim krugom, pokazuje ampermetar (uređaj koji pokazuje jačinu struje), a voltmetar. Potrebno je odrediti otpor dijela strujnog kruga.

Po definiciji Ohmovog zakona za dio lanca

Kada proučavaju Ohmov zakon za dio kruga u 8. razredu škole, učitelji često postavljaju učenicima sljedeća pitanja kako bi učvrstili naučeno gradivo:

Između kojih veličina Ohmov zakon uspostavlja odnos za dio lanca?

Točan odgovor: između amperaže [I], napona [U] i otpora [R].

Zašto, osim o naponu, ovisi i jakost struje?

Točan odgovor: Od otpora

Kako jakost struje ovisi o naponu vodiča?

Točan odgovor: Izravno proporcionalan

Kako jakost struje ovisi o otporu?

Točan odgovor: obrnuto proporcionalno.

Ova pitanja se postavljaju kako bi se u 8. razredu učenici mogli sjetiti Ohmovog zakona za dijelove strujnog kruga, čija definicija kaže da je jakost struje izravno proporcionalna naponu na krajevima vodiča, ako otpor vodiča nije jednak. promijeniti.

Ohmov zakon otkrio je njemački fizičar Georg Ohm 1826. godine i od tada se široko primjenjuje u području elektrotehnike u teoriji i praksi. Izražava se poznatom formulom, s kojom je moguće izvesti izračune za gotovo svaki električni krug. Međutim, Ohmov zakon za izmjeničnu struju ima svoje karakteristike i razlike u odnosu na istosmjerne veze, određene prisutnošću reaktivnih elemenata. Da biste razumjeli bit njegovog rada, morate proći kroz cijeli lanac, od jednostavnog do složenog, počevši od zasebnog dijela električnog kruga.

Ohmov zakon za dio strujnog kruga

Smatra se da Ohmov zakon funkcionira za različite opcije električnih krugova. Najviše od svega, poznato je po formuli I = U / R, primijenjenoj na zasebni dio DC ili AC kruga.

Sadrži definicije kao što su struja (I), mjerena u amperima, napon (U), mjeren u voltima, i otpor (R), mjeren u omima.

Široko rasprostranjena definicija ove formule izražena je dobro poznatim konceptom: jačina struje je izravno proporcionalna naponu i obrnuto proporcionalna otporu na određenom dijelu kruga. Ako se napon povećava, tada se povećava i jačina struje, a povećanje otpora, naprotiv, smanjuje struju. Otpor na ovom segmentu može se sastojati ne samo od jednog, već i od nekoliko međusobno povezanih elemenata.

Formula Ohmovog zakona za istosmjernu struju može se lako zapamtiti pomoću posebnog trokuta prikazanog na općoj slici. Podijeljen je u tri odjeljka, od kojih svaki sadrži zaseban parametar. Ovaj savjet vam omogućuje da brzo i jednostavno pronađete željenu vrijednost. Željeni indikator se zatvara prstom, a radnje s preostalima izvode se ovisno o njihovom položaju u odnosu jedan prema drugom.

Ako se nalaze na istoj razini, onda ih je potrebno pomnožiti, a ako su na različitim razinama, gornji parametar se dijeli s donjim. Ova metoda pomoći će izbjeći zabunu u izračunima za početnike elektroinženjera.

Ohmov zakon za kompletan krug

Postoje određene razlike između segmenta i cijelog lanca. Dio općeg kruga koji se nalazi u samom izvoru struje ili napona smatra se dijelom ili segmentom. Sastoji se od jednog ili više elemenata povezanih s izvorom struje na različite načine.

Kompletan sustav krugova je generički sustav s više lanaca koji uključuje baterije, različite vrste opterećenja i žice koje ih povezuju. Također radi prema Ohmovom zakonu i naširoko se koristi u praksi, uključujući i za izmjeničnu struju.

Princip rada Ohmovog zakona u kompletnom istosmjernom krugu može se jasno vidjeti pri izvođenju jednostavnog pokusa. Kao što slika pokazuje, to će zahtijevati izvor struje s naponom U na njegovim elektrodama, bilo koji konstantni otpor R i spojne žice. Kao otpor možete uzeti običnu žarulju sa žarnom niti. Kroz njegovu nit će teći struja koju stvaraju elektroni koji se kreću unutar metalnog vodiča, u skladu s formulom I = U / R.

Sustav zajedničkog kruga sastojat će se od vanjskog dijela koji uključuje otpor, spojne žice i kontakte baterije i unutarnjeg dijela koji se nalazi između elektroda izvora struje. Kroz unutarnji dio također će teći struja koju čine ioni s pozitivnim i negativnim nabojem. Katoda i anoda počet će akumulirati naboje s plusom i minusom, nakon čega će se pojaviti među njima.

Puno kretanje iona ometa unutarnji otpor baterije r, koji ograničava izlaz struje na vanjski krug i smanjuje njegovu snagu do određene granice. Posljedično, struja u zajedničkom krugu prolazi unutar unutarnjeg i vanjskog kruga, naizmjenično prevladavajući ukupni otpor segmenata (R + r). Na veličinu struje utječe koncept kao što je elektromotorna sila - EMF primijenjena na elektrode, označena simbolom E.

Vrijednost EMF-a može se izmjeriti na terminalima baterije pomoću voltmetra s isključenim vanjskim krugom. Nakon spajanja opterećenja, na voltmetru se pojavljuje napon U. Dakle, kada je opterećenje isključeno U = E, kada je spojen vanjski krug U< E.

EMF daje poticaj kretanju naboja u kompletnom krugu i određuje jačinu struje I = E / (R + r). Ova formula odražava Ohmov zakon za kompletan DC električni krug. U njemu su jasno vidljivi znakovi unutarnjih i vanjskih kontura. Ako je opterećenje isključeno, nabijene čestice će se i dalje kretati unutar baterije. Taj se fenomen naziva struja samopražnjenja, što dovodi do nepotrebne potrošnje katodnih metalnih čestica.

Pod utjecajem unutarnje energije izvora energije, otpor uzrokuje zagrijavanje i njegovo daljnje rasipanje izvan elementa. Postupno, napunjenost baterije potpuno nestaje bez ikakvih ostataka.

Ohmov zakon za krug izmjenične struje

Ohmov zakon će izgledati drugačije za AC krugove. Ako kao osnovu uzmemo formulu I = U / R, tada se uz aktivni otpor R dodaju induktivni XL i kapacitivni XC otpori, povezani s reaktivnim. Takvi se električni krugovi koriste mnogo češće od veza sa samo jednim aktivnim otporom i omogućuju vam izračunavanje bilo koje opcije.

To također uključuje parametar ω, koji je ciklička frekvencija mreže. Njegova vrijednost određena je formulom ω = 2πf, u kojoj je f frekvencija ove mreže (Hz). Uz konstantnu struju, ova frekvencija će biti nula, a kapacitet će poprimiti beskonačnu vrijednost. U tom slučaju, DC električni krug će biti prekinut, odnosno nema reaktancije.

AC krug se ne razlikuje od istosmjernog kruga, s izuzetkom izvora napona. Opća formula ostaje ista, ali dodavanje reaktivnih elemenata u potpunosti će promijeniti njezin sadržaj. Parametar f više neće biti nula, što ukazuje na prisutnost reaktancije. Također utječe na struju koja teče u krugu i uzrokuje rezonanciju. Simbol Z se koristi za označavanje impedancije petlje.

Označena vrijednost neće biti jednaka aktivnom otporu, odnosno Z ≠ R. Ohmov zakon za izmjeničnu struju sada će izgledati kao formula I = U / Z. Poznavanje ovih značajki i ispravna uporaba formula pomoći će izbjeći netočna rješenja električnih problema i spriječiti kvar pojedinih elemenata kruga.