Resistenza totale secondo la legge di Ohm. La legge di Ohm in termini semplici

Nel 1826, lo scienziato tedesco Georg Ohm fece una scoperta e descrisse
una legge empirica sulla relazione tra indicatori quali intensità di corrente, tensione e caratteristiche del conduttore nel circuito. Successivamente, dal nome dello scienziato, cominciò a chiamarsi legge di Ohm.

Successivamente si è scoperto che queste caratteristiche non sono altro che la resistenza del conduttore che si presenta quando entra in contatto con l'elettricità. Questa è la resistenza esterna (R). C'è anche una resistenza interna (r) caratteristica della sorgente di corrente.

Legge di Ohm per una sezione di circuito

Secondo la legge di Ohm generalizzata per una certa sezione di un circuito, l'intensità di corrente in una sezione del circuito è direttamente proporzionale alla tensione ai capi della sezione e inversamente proporzionale alla resistenza.

Dove U è la tensione agli estremi della sezione, I è l'intensità della corrente, R è la resistenza del conduttore.

Tenendo conto della formula sopra riportata, è possibile trovare i valori sconosciuti di U e R eseguendo semplici operazioni matematiche.

Le formule di cui sopra sono valide solo quando la rete incontra solo resistenza.

La legge di Ohm per un circuito chiuso

L'intensità di corrente del circuito completo è uguale alla FEM divisa per la somma delle resistenze delle sezioni omogenee e disomogenee del circuito.

Una rete chiusa ha resistenze sia interne che esterne. Pertanto, le formule di relazione saranno diverse.

Dove E è la forza elettromotrice (EMF), R è la resistenza esterna della sorgente, r è la resistenza interna della sorgente.

Legge di Ohm per una sezione non uniforme di un circuito

Una rete elettrica chiusa contiene sezioni di natura lineare e non lineare. Le sezioni che non hanno una sorgente di corrente e non dipendono da influenze esterne sono lineari e le sezioni contenenti una sorgente sono non lineari.

La legge di Ohm per una sezione di una rete di natura omogenea è stata detta sopra. La legge sulla sezione non lineare avrà la seguente forma:

I = U/ R = f1 – f2 + E/ R

Dove f1 – f2 è la differenza di potenziale agli estremi della sezione di rete considerata

R – resistenza totale della sezione non lineare del circuito

La fem di una sezione non lineare di un circuito può essere maggiore di zero o minore. Se la direzione del movimento della corrente proveniente dalla sorgente coincide con il movimento della corrente nella rete elettrica, predominerà il movimento delle cariche positive e la FEM sarà positiva. Se le direzioni coincidono, il movimento delle cariche negative creato dal campo elettromagnetico aumenterà nella rete.

Legge di Ohm per la corrente alternata

Se nella rete è presente capacità o inerzia, è necessario tenere conto nei calcoli che producono la loro resistenza, da cui la corrente diventa variabile.

La legge di Ohm per la corrente alternata è questa:

dove Z è la resistenza lungo l'intera lunghezza della rete elettrica. Si chiama anche impedenza. L'impedenza è costituita dalla resistenza attiva e reattiva.

La legge di Ohm non è una legge scientifica fondamentale, ma solo una relazione empirica, e in alcune condizioni potrebbe non essere osservata:

• Quando la rete ha un'alta frequenza, il campo elettromagnetico cambia ad alta velocità e nei calcoli deve essere presa in considerazione l'inerzia dei portatori di carica;
• In condizioni di bassa temperatura con sostanze che hanno superconduttività;
• Quando un conduttore è fortemente riscaldato dalla tensione passante, il rapporto tra corrente e tensione diventa variabile e potrebbe non corrispondere alla legge generale;
• Quando un conduttore o un dielettrico è sotto alta tensione;
• Nelle lampade a LED;
• Nei semiconduttori e nei dispositivi a semiconduttore.

A loro volta, gli elementi e i conduttori che rispettano la legge di Ohm sono detti ohmici.

La legge di Ohm può fornire una spiegazione per alcuni fenomeni naturali. Ad esempio, quando vediamo gli uccelli seduti sui cavi dell'alta tensione, ci sorge una domanda: perché non sono influenzati dalla corrente elettrica? Questo è spiegato in modo abbastanza semplice. Gli uccelli, seduti sui fili, sono una specie di conduttori. La maggior parte della tensione cade negli spazi tra gli uccelli e la parte che cade sui “conduttori” stessi non rappresenta un pericolo per loro.

Ma questa regola funziona solo con un singolo contatto. Se un uccello tocca un filo o un palo del telegrafo con il becco o l'ala, morirà inevitabilmente a causa dell'enorme quantità di tensione trasportata da queste aree. Casi del genere accadono ovunque. Pertanto, per motivi di sicurezza, in alcuni insediamenti sono stati installati dispositivi speciali per proteggere gli uccelli dalle tensioni pericolose. Gli uccelli sono completamente al sicuro su tali posatoi.

Anche la legge di Ohm è ampiamente utilizzata nella pratica. L'elettricità è mortale per l'uomo semplicemente toccando un filo scoperto. Ma in alcuni casi la resistenza del corpo umano può essere diversa.

Ad esempio, la pelle secca e intatta resiste maggiormente agli effetti dell'elettricità rispetto a una ferita o una pelle ricoperta di sudore. A causa del superlavoro, della tensione nervosa e dell'intossicazione, anche con una piccola tensione, una persona può ricevere una forte scossa elettrica.

In media, la resistenza del corpo umano è di 700 Ohm, il che significa che per l'uomo è sicura una tensione di 35 V. Quando si lavora con tensioni elevate, gli specialisti utilizzano.

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MINISTERO DELL'ISTRUZIONE DELLA REPUBBLICA DI BIELORUSSIA

Dipartimento di Scienze Naturali

Saggio

Legge di Ohm

Completato:

Ivanov M.A.

introduzione

1. Visione generale della legge di Ohm

2. La storia della scoperta della legge di Ohm, una breve biografia dello scienziato

3. Tipi di leggi di Ohm

4. Primi studi sulla resistenza dei conduttori

5. Misure elettriche

Conclusione

Letteratura, altre fonti di informazione

introduzione

Fenomeni legati all'elettricità furono notati nell'antica Cina, India e nell'antica Grecia diversi secoli prima dell'inizio della nostra era. Intorno al 600 a.C., come raccontano le leggende conservate, l'antico filosofo greco Talete di Mileto conosceva la proprietà dell'ambra strofinata sulla lana per attirare oggetti leggeri. A proposito, gli antichi greci usavano la parola "elettrone" per chiamare l'ambra. Da lui deriva anche la parola “elettricità”. Ma i Greci osservavano solo il fenomeno dell'elettricità, ma non riuscivano a spiegarlo.

Il XIX secolo fu ricco di scoperte legate all'elettricità. Una scoperta ha dato origine a un'intera catena di scoperte nel corso di diversi decenni. L’elettricità cominciò a trasformarsi da oggetto di ricerca in merce di consumo. Inizia la sua diffusa introduzione in varie aree di produzione. Furono inventati e creati motori elettrici, generatori, telefoni, telegrafi e radio. Inizia l'introduzione dell'elettricità in medicina.

Tensione, corrente e resistenza sono grandezze fisiche che caratterizzano i fenomeni che si verificano nei circuiti elettrici. Queste quantità sono correlate tra loro. Questa connessione fu studiata per la prima volta dal fisico tedesco 0m. La legge di Ohm fu scoperta nel 1826.

1. Visione generale della legge di Ohm

La legge di Ohm funziona così: L'intensità di corrente in una sezione del circuito è direttamente proporzionale alla tensione in questa sezione (per una data resistenza) e inversamente proporzionale alla resistenza della sezione (per una data tensione): I = U / R, dalla formula ne consegue U = IHR e R = U / I. Poiché la resistenza di un dato conduttore non dipende né dalla tensione né dalla corrente, l'ultima formula dovrebbe essere letta come segue: la resistenza di un dato conduttore è uguale al rapporto tra la tensione ai suoi capi all'intensità della corrente che lo attraversa. Nei circuiti elettrici, molto spesso i conduttori (consumatori di energia elettrica) sono collegati in serie (ad esempio, le lampadine nelle ghirlande dell'albero di Natale) e in parallelo (ad esempio, gli elettrodomestici).

Con un collegamento in serie, l'intensità di corrente in entrambi i conduttori (lampadine) è la stessa: I = I1 = I2, la tensione alle estremità della sezione del circuito in esame è la somma della tensione sulla prima e sulla seconda lampada: U = U1 + U2. La resistenza totale della sezione è pari alla somma delle resistenze delle lampadine R = R1 + R2.

Quando i resistori sono collegati in parallelo, la tensione sulla sezione del circuito e ai capi dei resistori è la stessa: U = U1 = U2. La corrente nella parte non ramificata del circuito è uguale alla somma delle correnti nei singoli resistori: I = I1 + I2. La resistenza totale della sezione è inferiore alla resistenza di ciascun resistore.

Se le resistenze dei resistori sono le stesse (R1 = R2), allora la resistenza totale della sezione. Se tre o più resistori sono collegati in parallelo nel circuito, la resistenza totale può essere:

si trova dalla formula: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/RN. In parallelo, sono collegati i consumatori di rete, progettati per una tensione pari alla tensione di rete.

Quindi, la legge di Ohm stabilisce la relazione tra la forza attuale IO nel conduttore e differenza di potenziale (tensione) U tra due punti fissi (sezioni) di questo conduttore:

Fattore di proporzionalità R, che dipende dalle proprietà geometriche ed elettriche del conduttore e dalla temperatura, viene chiamata resistenza ohmica o semplicemente resistenza di una determinata sezione del conduttore.

2. La storia della scoperta della legge di Ohm, una breve biografia dello scienziato

Georg Simon Ohm è nato il 16 marzo 1787 a Erlangen, nella famiglia di un meccanico ereditario. Dopo essersi diplomato, Georg entrò nella palestra della città. L'Erlangen Gymnasium era supervisionato dall'università. Le lezioni in palestra erano tenute da quattro professori. Georg, dopo essersi diplomato al liceo, nella primavera del 1805 iniziò a studiare matematica, fisica e filosofia presso la Facoltà di Filosofia dell'Università di Erlangen.

Dopo aver studiato per tre semestri, accettò l'invito a prendere il posto di insegnante di matematica in una scuola privata nella città svizzera di Gottstadt.

Nel 1811 tornò a Erlangen, si laureò all'università e conseguì un dottorato di ricerca. Subito dopo la laurea gli è stato offerto il posto di professore assistente privato presso il dipartimento di matematica della stessa università.

Nel 1812 Ohm fu nominato insegnante di matematica e fisica in una scuola di Bamberga. Nel 1817 pubblicò la sua prima opera stampata sui metodi di insegnamento, "L'opzione più ottimale per insegnare la geometria nelle classi preparatorie". Om iniziò a fare ricerche sull'elettricità. Ohm basò il suo strumento di misura elettrico sul progetto delle bilance di torsione di Coulomb. Ohm ha presentato i risultati della sua ricerca sotto forma di un articolo intitolato “Rapporto preliminare sulla legge secondo la quale i metalli conducono l’elettricità di contatto”. L'articolo fu pubblicato nel 1825 sul Journal of Physics and Chemistry, edito da Schweigger. Tuttavia, l'espressione trovata e pubblicata da Ohm si è rivelata errata, il che è stato uno dei motivi del suo mancato riconoscimento a lungo termine. Dopo aver preso tutte le precauzioni ed eliminato in anticipo tutte le possibili fonti di errore, Om ha iniziato nuove misurazioni.

Appare il suo famoso articolo "Definizione della legge secondo la quale i metalli conducono l'elettricità di contatto, insieme a uno schema della teoria dell'apparato voltaico e del moltiplicatore di Schweigger", pubblicato nel 1826 sul Journal of Physics and Chemistry.

Nel maggio 1827 uscì “Studi teorici dei circuiti elettrici” volume di 245 pagine, che conteneva il ragionamento ormai teorico di Ohm sui circuiti elettrici. In questo lavoro, lo scienziato ha proposto di caratterizzare le proprietà elettriche di un conduttore in base alla sua resistenza e ha introdotto questo termine nell'uso scientifico. Ohm ha trovato una formula più semplice per la legge di una sezione di un circuito elettrico che non contiene campi elettromagnetici: “L'entità della corrente in un circuito galvanico è direttamente proporzionale alla somma di tutte le tensioni e inversamente proporzionale alla somma delle lunghezze ridotte In questo caso la lunghezza ridotta totale è definita come la somma di tutte le singole lunghezze ridotte per sezioni omogenee aventi diversa conducibilità e diversa sezione."

Nel 1829 apparve il suo articolo "Uno studio sperimentale sul funzionamento di un moltiplicatore elettromagnetico", in cui furono gettate le basi della teoria degli strumenti di misura elettrici. Qui Ohm propose un'unità di resistenza, per la quale scelse la resistenza di un filo di rame lungo 1 piede e con una sezione trasversale di 1 linea quadrata.

Nel 1830 apparve il nuovo studio di Ohm, "Un tentativo di creare una teoria approssimativa della conduttività unipolare". Fu solo nel 1841 che l'opera di Ohm fu tradotta in inglese, nel 1847 in italiano e nel 1860 in francese.

Il 16 febbraio 1833, sette anni dopo la pubblicazione dell'articolo in cui fu pubblicata la sua scoperta, a Ohm fu offerto un posto come professore di fisica presso la neonata Scuola Politecnica di Norimberga. Lo scienziato inizia la ricerca nel campo dell'acustica. Ohm formulò i risultati della sua ricerca acustica sotto forma di una legge, che in seguito divenne nota come legge acustica di Ohm.

I fisici russi Lenz e Jacobi furono i primi a riconoscere la legge di Ohm tra gli scienziati stranieri. Hanno anche aiutato il suo riconoscimento internazionale. Con la partecipazione di fisici russi, il 5 maggio 1842, la Royal Society di Londra assegnò a Ohm una medaglia d'oro e lo elesse membro.

Nel 1845 fu eletto membro a pieno titolo dell'Accademia bavarese delle scienze. Nel 1849, lo scienziato fu invitato all'Università di Monaco con la carica di professore straordinario. Nello stesso anno fu nominato custode della collezione statale di strumenti fisici e matematici, tenendo contemporaneamente lezioni di fisica e matematica. Nel 1852, Ohm ricevette la posizione di professore ordinario. Ohm morì il 6 luglio 1854. Nel 1881, al congresso di ingegneria elettrica di Parigi, gli scienziati approvarono all'unanimità il nome dell'unità di resistenza: 1 Ohm.

3. Tipi di leggi di Ohm

Esistono diversi tipi di legge di Ohm.

Legge di Ohm per un tratto omogeneo di catena (non contenente una sorgente di corrente): la corrente in un conduttore è direttamente proporzionale alla tensione applicata e inversamente proporzionale alla resistenza del conduttore:

La legge di Ohm per un circuito completo - l'intensità della corrente nel circuito è proporzionale all'EMF che agisce nel circuito e inversamente proporzionale alla somma della resistenza del circuito e della resistenza interna della sorgente.

dove sono la forza attuale

E - forza elettromotrice

R è la resistenza esterna del circuito (cioè la resistenza di quello

parte del circuito che si trova all'esterno della sorgente emf)

La campo elettromagnetico è il lavoro delle forze esterne (cioè forze di origine non elettrica) per spostare una carica in un circuito, in relazione all'entità di questa carica.

Unità:

EMF - volt

Corrente - ampere

Resistenze (R e r) - ohm

Applicando la legge fondamentale del circuito elettrico (legge di Ohm), è possibile spiegare molti fenomeni naturali che a prima vista sembrano misteriosi e paradossali. Ad esempio, tutti sanno che qualsiasi contatto umano con cavi elettrici sotto tensione è mortale. Basta toccare un cavo ad alta tensione rotto per fulminare una persona o un animale. Ma allo stesso tempo vediamo costantemente uccelli appollaiati tranquillamente sulle linee elettriche ad alta tensione e nulla minaccia la vita di queste creature viventi. Allora come possiamo trovare una spiegazione per un tale paradosso?

E questo fenomeno può essere spiegato in modo abbastanza semplice se immaginiamo che un uccello su un filo elettrico sia una delle sezioni della rete elettrica, la resistenza della seconda supera significativamente la resistenza di un'altra sezione dello stesso circuito (cioè un piccolo spazio tra le zampe dell'uccello). Di conseguenza, la corrente elettrica che agisce sulla prima sezione del circuito, cioè sul corpo dell'uccello, sarà per lui completamente sicura. Tuttavia, la completa sicurezza è garantita solo quando entra in contatto con un tratto di cavo ad alta tensione. Ma se un uccello che si è posato su una linea elettrica tocca con l'ala o il becco un filo o qualsiasi oggetto situato vicino al filo (ad esempio un palo del telegrafo), l'uccello morirà inevitabilmente. Dopotutto, il polo è direttamente collegato a terra e il flusso di cariche elettriche, passando sul corpo dell'uccello, può ucciderlo istantaneamente, spostandosi rapidamente verso terra. Purtroppo, per questo motivo, nelle città muoiono molti uccelli.

Per proteggere gli uccelli dagli effetti dannosi dell'elettricità, scienziati stranieri hanno sviluppato dispositivi speciali: posatoi per uccelli isolati dalla corrente elettrica. Tali dispositivi sono stati posizionati su linee elettriche ad alta tensione. Gli uccelli, seduti su un trespolo isolato, possono toccare fili, pali o staffe con il becco, le ali o la coda senza alcun rischio per la loro vita. La superficie del cosiddetto strato corneo superiore della pelle umana ha la maggiore resistenza. La resistenza della pelle secca e intatta può raggiungere 40.000 - 100.000 Ohm. Lo strato corneo della pelle è molto piccolo, solo 0,05 - 0,2 mm. e sfonda facilmente con una tensione di 250 V. In questo caso, la resistenza diminuisce cento volte e cade tanto più velocemente quanto più a lungo la corrente agisce sul corpo umano. L'aumento della sudorazione della pelle, il superlavoro, l'eccitazione nervosa e l'intossicazione riducono drasticamente la resistenza del corpo umano, fino a 800 - 1000 Ohm. Ciò spiega che a volte anche una piccola tensione può causare scosse elettriche. Se, ad esempio, la resistenza del corpo umano è di 700 Ohm, sarà pericolosa una tensione di soli 35 V. Ecco perché, ad esempio, gli elettricisti, anche quando lavorano con una tensione di 36 V, utilizzano dispositivi di protezione isolanti - guanti di gomma o strumenti con manici isolati.

La legge di Ohm sembra così semplice che le difficoltà che hanno dovuto essere superate per stabilirla vengono trascurate e dimenticate. La legge di Ohm non è facile da verificare e non dovrebbe essere presa come una verità ovvia; In effetti, per molti materiali ciò non vale.

Quali sono esattamente queste difficoltà? Non è possibile verificare cosa produce una variazione del numero di elementi di una colonna voltaica determinando la corrente a diversi numeri di elementi?

Il fatto è che quando prendiamo un numero diverso di elementi, cambiamo l'intera catena, perché elementi aggiuntivi hanno anche una resistenza aggiuntiva. Pertanto, è necessario trovare un modo per modificare la tensione senza cambiare la batteria stessa. Inoltre, diversi valori di corrente riscaldano il filo a temperature diverse e questo effetto può influenzare anche l'intensità della corrente. Ohm (1787-1854) superò queste difficoltà sfruttando il fenomeno della termoelettricità, scoperto da Seebeck (1770-1831) nel 1822.

Così Ohm dimostrò che la corrente è proporzionale alla tensione e inversamente proporzionale all'impedenza del circuito. Era un risultato semplice per un esperimento complesso. Almeno così dovrebbe sembrarci adesso.

I contemporanei di Ohm, soprattutto i suoi compatrioti, la pensavano diversamente: forse era la semplicità della legge di Ohm a suscitare i loro sospetti. Om ha incontrato difficoltà nella sua carriera ed era nel bisogno; Om era particolarmente depresso dal fatto che le sue opere non venivano riconosciute. A merito della Gran Bretagna, e in particolare della Royal Society, va detto che il lavoro di Ohm ha ricevuto lì un meritato riconoscimento. Om è tra quei grandi uomini i cui nomi si trovano spesso scritti in minuscolo: il nome "om" veniva dato all'unità di resistenza.

4. Primi studi sulla resistenza dei conduttori

Cos'è un conduttore? Si tratta di un componente puramente passivo del circuito elettrico, hanno risposto i primi ricercatori. Studiarlo significa semplicemente scervellarsi su misteri inutili, perché... solo la sorgente corrente è un elemento attivo.

Questa visione delle cose spiega perché gli scienziati, almeno prima del 1840, non mostrarono quasi alcun interesse per i pochi lavori che furono condotti in questa direzione.

Così, al secondo congresso degli scienziati italiani, tenutosi a Torino nel 1840 (il primo si riunì a Pisa nel 1839 e acquistò anche una certa rilevanza politica), intervenendo nel dibattito sulla relazione presentata da Marianini, De la Rive sostenne che la conduttività degli per la maggior parte dei liquidi non è assoluto, “ma piuttosto relativo e varia con i cambiamenti nella forza attuale”. Ma la legge di Ohm è stata pubblicata 15 anni prima!

Tra i pochi scienziati che per primi iniziarono a studiare il problema della conduttività dei conduttori dopo l'invenzione del galvanometro vi fu Stefano Marianini (1790-1866).

È arrivato alla sua scoperta per caso mentre studiava la tensione della batteria. Notò che con l'aumento del numero di elementi della colonna voltaica, l'effetto elettromagnetico sull'ago non aumenta notevolmente. Ciò fece subito pensare a Marianini che ogni elemento voltaico rappresentasse un ostacolo al passaggio della corrente. Ha fatto esperimenti con coppie di "attivi" e "inattivi" (cioè costituiti da due piastre di rame separate da una guarnizione bagnata) e ha trovato sperimentalmente una relazione in cui il lettore moderno riconoscerà un caso speciale della legge di Ohm, quando la resistenza di il circuito esterno non viene preso in considerazione, come è avvenuto nell’esperienza di Marianini.

Georg Simon Ohm (1789-1854) riconobbe i meriti di Marianini, sebbene le sue opere non aiutassero direttamente Ohm nel suo lavoro. Ohm si ispirò nelle sue ricerche all'opera (“Teoria analitica del calore”, Parigi, 1822) di Jean Baptiste Fourier (1768-1830) - uno dei lavori scientifici più significativi di tutti i tempi, che guadagnò molto rapidamente fama e apprezzamento tra gli matematici e fisici di allora. Ha avuto l'idea che il meccanismo del "flusso di calore" di cui parla Fourier possa essere paragonato a una corrente elettrica in un conduttore. E proprio come nella teoria di Fourier il flusso di calore tra due corpi o tra due punti dello stesso corpo si spiega con la differenza di temperatura, allo stesso modo Ohm spiega il verificarsi di una corrente elettrica tra loro con la differenza di “forze elettroscopiche” a due punti di un conduttore.

Seguendo questa analogia, Ohm iniziò i suoi studi sperimentali determinando i valori relativi della conduttività di vari conduttori. Utilizzando un metodo ormai divenuto classico, collegò in serie tra due punti di un circuito sottili conduttori di materiali diversi dello stesso diametro e ne variò la lunghezza in modo da ottenere una certa quantità di corrente. I primi risultati che è riuscito ad ottenere oggi sembrano piuttosto modesti. Galvanometro elettrico a legge di Ohm

Gli storici sono colpiti, ad esempio, dal fatto che le misurazioni di Ohm dell'argento siano meno conduttive del rame e dell'oro, e accettano con condiscendenza la stessa spiegazione di Ohm secondo cui l'esperimento è stato condotto su filo d'argento rivestito con uno strato di olio, il che era fuorviante per quanto riguarda il valore esatto. diametro

A quel tempo c'erano molte fonti di errore durante la conduzione degli esperimenti (purezza insufficiente dei metalli, difficoltà nella calibratura del filo, difficoltà nell'effettuare misurazioni precise, ecc.). La principale fonte di errore era la polarizzazione delle batterie. A quel tempo non erano ancora conosciuti gli elementi permanenti (chimici), quindi durante il tempo necessario per le misurazioni, la forza elettromotrice dell'elemento cambiava in modo significativo. Furono questi motivi a causare errori che portarono Ohm, sulla base dei suoi esperimenti, ad arrivare ad una legge logaritmica della dipendenza della corrente dalla resistenza del conduttore collegato tra due punti del circuito. Dopo la pubblicazione del primo articolo di Ohm, Poggendorff gli consigliò di abbandonare gli elementi chimici e di utilizzare una migliore termocoppia rame-bismuto, recentemente introdotta da Seebeck.

Ohm ascoltò questo consiglio e ripeté i suoi esperimenti, assemblando un'installazione con una batteria termoelettrica, nel cui circuito esterno erano collegati in serie otto fili di rame dello stesso diametro ma di diversa lunghezza. Misurò l'intensità della corrente utilizzando una sorta di bilancia di torsione formata da un ago magnetico sospeso su un filo metallico. Quando la corrente parallela alla freccia la deviava, Ohm attorcigliava il filo su cui era sospesa finché la freccia non si trovava nella sua posizione abituale;

La forza attuale è stata considerata proporzionale all'angolo di torsione del filo. Ohm concluse che i risultati degli esperimenti effettuati con otto fili diversi "possono essere espressi molto bene dall'equazione

dove X indica l’intensità dell’azione magnetica di un conduttore di lunghezza pari a x, e a e b sono costanti dipendenti rispettivamente dalla forza di eccitazione e dalla resistenza delle restanti parti del circuito.”

Cambiarono le condizioni sperimentali: furono sostituite resistenze e coppie termoelettriche, ma il risultato si riduceva ancora alla formula sopra riportata, che molto semplicemente si trasforma in quella a noi nota se si sostituisce X con l'intensità di corrente, a con la forza elettromotrice e b+x con la resistenza totale del circuito.

Dopo aver ricevuto questa formula, Ohm la usa per studiare l'effetto del moltiplicatore Schweiger sulla deflessione dell'ago e per studiare la corrente che passa nel circuito esterno della batteria di celle, a seconda di come sono collegate - in serie o in parallelo. In questo modo spiega (come ormai si fa nei libri di testo) cosa determina la corrente esterna di una batteria, una questione che era piuttosto oscura per i primi ricercatori. Om sperava che il suo lavoro sperimentale gli avrebbe aperto la strada all'università, che tanto desiderava. Tuttavia, gli articoli passarono inosservati. Quindi lasciò il suo incarico di insegnante al ginnasio di Colonia e andò a Berlino per comprendere teoricamente i risultati ottenuti. Nel 1827 pubblicò a Berlino la sua opera principale “Die galvanische Kette, mathe-matisch bearbeitet” (“Circuito galvanico sviluppato matematicamente”).

Questa teoria, nel cui sviluppo si ispirò, come abbiamo già indicato, alla teoria analitica del calore di Fourier, introduce i concetti e le definizioni precise di forza elettromotrice, o "forza elettroscopica" come la chiama Ohm, conduttività elettrica (Starke der Leitung) e la forza attuale. Dopo aver espresso la legge da lui derivata nella forma differenziale data dagli autori moderni, Ohm la scrive in quantità finite per casi speciali di circuiti elettrici specifici, di cui il circuito termoelettrico è particolarmente importante. Sulla base di ciò, formula le leggi conosciute sulle variazioni della tensione elettrica lungo un circuito.

Ma anche gli studi teorici di Ohm passarono inosservati, e se qualcuno ne scrisse fu solo per ridicolizzare “una fantasia morbosa, il cui unico scopo è il desiderio di sminuire la dignità della natura”. E solo dieci anni dopo le sue brillanti opere iniziarono gradualmente a ricevere il dovuto riconoscimento: in

In Germania furono apprezzati da Poggendorff e Fechner, in Russia da Lenz, in Inghilterra da Wheatstone, in America da Henry, in Italia da Matteucci.

Contemporaneamente agli esperimenti di Ohm, A. Becquerel condusse i suoi esperimenti in Francia e Barlow condusse i suoi esperimenti in Inghilterra. Gli esperimenti del primo sono notevoli soprattutto per l'introduzione di un galvanometro differenziale con telaio a doppio avvolgimento e l'utilizzo del metodo di misurazione dello “zero”. Vale la pena menzionare gli esperimenti di Barlow perché confermarono sperimentalmente la costanza della corrente lungo l'intero circuito. Questa conclusione fu verificata ed estesa alla corrente interna di una batteria da Fechner nel 1831, generalizzata nel 1851 da Rudolf Kohlrausch

(180E--1858) su conduttori liquidi, e poi ancora una volta confermata dagli accurati esperimenti di Gustav Niedmann (1826--1899).

5. Misure elettriche

Becquerel utilizzò un galvanometro differenziale per confrontare le resistenze elettriche. Sulla base delle sue ricerche formulò la nota legge della dipendenza della resistenza di un conduttore dalla sua lunghezza e sezione trasversale. Questi lavori furono continuati da Pouillet e da lui descritti nelle edizioni successive dei suoi famosi “Elements de

physique sperimentale” (“Fondamenti di fisica sperimentale”), la cui prima edizione apparve nel 1827. Le resistenze furono determinate con il metodo del confronto.

Già nel 1825 Marianini dimostrò che nei circuiti ramificati la corrente elettrica è distribuita su tutti i conduttori, indipendentemente dal materiale di cui sono fatti, contrariamente a quanto affermato da Volta, il quale riteneva che se un ramo del circuito è formato da un conduttore metallico e il resto tramite liquido, tutta la corrente deve passare attraverso il conduttore metallico. Arago e Pouillet diffusero in Francia le osservazioni di Marianini. Non conoscendo ancora la legge di Ohm, Pouillet nel 1837 utilizzò queste osservazioni e le leggi di Becquerel per dimostrare che la conduttività di un circuito equivalente a due

circuiti ramificati è uguale alla somma delle conduttività di entrambi i circuiti. Con questo lavoro Pouillet gettò le basi per lo studio delle catene ramificate. Pouillet stabilì una serie di termini per loro,

ancora vive, ed alcune leggi particolari generalizzate da Kirchhoff nel 1845 nei suoi famosi “principi”.

Il maggiore impulso alle misure elettriche, ed in particolare alle misure di resistenza, fu dato dalle accresciute esigenze della tecnologia, e soprattutto dai problemi sorti con l'avvento del telegrafo elettrico. L'idea di utilizzare l'elettricità per trasmettere segnali a distanza apparve per la prima volta nel XVIII secolo. Volta descrisse il progetto del telegrafo e Ampere, nel 1820, propose di utilizzare fenomeni elettromagnetici per trasmettere segnali. L'idea di Ampere fu ripresa da molti scienziati e tecnici: nel 1833 Gauss e Weber costruirono una semplice linea telegrafica a Gottinga, collegando un osservatorio astronomico e un laboratorio fisico. Ma il telegrafo trovò applicazione pratica grazie all'americano Samuel Morse (1791-1872), che nel 1832 ebbe l'idea vincente di creare un alfabeto telegrafico composto da soli due caratteri. Dopo numerosi tentativi, Morse riuscì finalmente a costruire privatamente il primo rozzo modello di telegrafo alla New York University nel 1835. Nel 1839 un sperimentale

linea tra Washington e Baltimora, e nel 1844 nacque la prima compagnia americana per lo sfruttamento commerciale della nuova invenzione, organizzata da Morse. Si è trattato anche della prima applicazione pratica dei risultati della ricerca scientifica nel campo dell'elettricità.

In Inghilterra, Charles Wheatstone (1802-1875), ex maestro di strumenti musicali, iniziò a studiare e migliorare il telegrafo. Comprenderne l'importanza

misurazioni della resistenza, Wheatstone iniziò a cercare i metodi più semplici e accurati per tali misurazioni. Il metodo di confronto in uso all'epoca, come abbiamo visto, dava risultati inaffidabili, soprattutto a causa della mancanza di alimentatori stabili. Già nel 1840 Wheatstone trovò il modo di misurare la resistenza indipendentemente dalla costanza della forza elettromotrice e mostrò il suo dispositivo a Jacobi. Tuttavia, l'articolo in cui viene descritto questo dispositivo e che può essere definito il primo lavoro nel campo dell'ingegneria elettrica, apparve solo nel 1843. Questo articolo descrive il famoso "ponte", che allora prendeva il nome da Wheatstone. In effetti, un tale dispositivo è stato descritto -

nel 1833 da Gunther Christie e indipendentemente nel 1840 da Marianini; Entrambi proposero un metodo di riduzione a zero, ma le loro spiegazioni teoriche, che non tenevano conto della legge di Ohm, lasciavano molto a desiderare.

Wheatstone era un ammiratore di Ohm e conosceva molto bene la sua legge, quindi la sua teoria del "ponte di Wheatstone" non è diversa da quella ora fornita nei libri di testo. Inoltre Wheatstone, per modificare velocemente e comodamente la resistenza di un lato del ponte per ottenere corrente nulla nel galvanometro compreso nel braccio diagonale del ponte, progettò tre tipi di reostati (la parola stessa fu da lui proposta

analogia con il “reoforo” introdotto da Ampere, a imitazione del quale Peclet introdusse anche il termine “reometro”). Il primo tipo di reostato a staffa mobile, utilizzato ancora oggi, fu creato da Wheatstone per analogia con un dispositivo simile utilizzato da Jacobi nel 1841. Il secondo tipo di reostato aveva la forma di un cilindro di legno, attorno al quale era avvolto un parte di un filo collegato ad un circuito, che veniva facilmente riavvolto dal cilindro di legno al bronzo. Il terzo tipo di reostato era simile al "magazzino di resistenza" che Ernst

Werner Siemens (1816-1892), scienziato e industriale, migliorato e ampiamente diffuso nel 1860. Il "ponte di Wheatstone" ha permesso di misurare le forze e la resistenza elettromotrice.

La realizzazione di un telegrafo subacqueo, forse ancor più di quello aereo, richiese lo sviluppo di metodi di misurazione elettrica. Gli esperimenti con i telegrafi sottomarini iniziarono già nel 1837 e uno dei primi problemi da risolvere fu la determinazione della velocità di propagazione della corrente. Già nel 1834, Wheatstone, utilizzando specchi rotanti, di cui abbiamo già parlato nel capitolo. 8, effettuò le prime misurazioni di questa velocità, ma i suoi risultati contraddicevano i risultati di Latimer Clark, e questi ultimi, a loro volta, non corrispondevano agli studi successivi di altri scienziati.

Nel 1855, William Thomson (che in seguito ricevette il titolo di Lord Kelvin) spiegò il motivo di tutte queste discrepanze. Secondo Thomson la velocità della corrente in un conduttore non ha un valore definito. Proprio come la velocità di propagazione del calore in un'asta dipende dal materiale, così la velocità della corrente in un conduttore dipende dal prodotto della sua resistenza per la capacità elettrica. Seguendo questa sua teoria, che a suo tempo

fu sottoposto a feroci critiche, Thomson affrontò i problemi associati alla telegrafia subacquea.

Il primo cavo transatlantico che collegava l'Inghilterra all'America rimase in funzione per circa un mese, ma poi si ruppe. Thomson calcolò il nuovo cavo, effettuò numerose misurazioni di resistenza e capacità e inventò nuovi dispositivi di trasmissione, tra cui va menzionato il galvanometro astatico a riflessione, sostituito da un “registratore a sifone” di sua invenzione. Finalmente, nel 1866, il nuovo cavo transatlantico entrò in funzione con successo. La realizzazione di questa prima grande struttura di ingegneria elettrica fu accompagnata dallo sviluppo di un sistema di unità di misure elettriche e magnetiche.

Le basi della metrica elettromagnetica furono poste da Carl Friedrich Gauss (1777-1855) nel suo famoso articolo “Intensitas vis magneticae terrestris ad mensuram absolutam revocata” (“L’entità della forza del magnetismo terrestre in misure assolute”), pubblicato nel 1832 Gauss notò che le varie unità di misura magnetiche non sono confrontabili tra loro

se stesso, almeno per la maggior parte, e propose quindi un sistema di unità assolute basato sulle tre unità fondamentali della meccanica: il secondo (unità di tempo), il millimetro (unità di lunghezza) e il milligrammo (unità di massa). Attraverso di essi espresse tutte le altre unità fisiche e inventò numerosi strumenti di misura, in particolare un magnetometro per misurare il magnetismo terrestre in unità assolute. Il lavoro di Gauss fu continuato da Weber, che costruì molti dei suoi strumenti e strumenti concepiti da Gauss. A poco a poco, soprattutto grazie al lavoro di Maxwell, svolto nella commissione speciale sulle misurazioni creata dalla British Association, che pubblicò rapporti annuali dal 1861 al 1867, nacque l'idea di creare sistemi unificati di misure, in particolare un sistema di misure elettromagnetiche e misure elettrostatiche.

L'idea di creare tali sistemi assoluti di unità fu esposta in dettaglio nel rapporto storico del 1873 della seconda commissione della British Association. Convocato a Parigi nel 1881, il Congresso Internazionale stabilì per la prima volta le unità di misura internazionali, dando a ciascuna di esse un nome in onore di qualche grande fisico. La maggior parte di questi nomi rimane ancora: volt, ohm, ampere, joule, ecc. Dopo

Dopo molti colpi di scena, nel 1935 fu introdotto il sistema internazionale Georgie, o MKSQ, che utilizza il metro, il chilogrammo di massa, il secondo e l'ohm come unità di base.

Associate ai “sistemi” di unità ci sono le “formule dimensionali”, usate per la prima volta da Fourier nella sua teoria analitica del calore (1822) e diffuse da Maxwell, che stabilì la notazione utilizzata in esse. La metrologia del secolo scorso, basata sul desiderio di spiegare tutti i fenomeni con l'aiuto di modelli meccanici, attribuiva grande importanza alle formule dimensionali, che voleva vedere né più né meno che la chiave dei segreti della natura. Allo stesso tempo sono state avanzate una serie di affermazioni di carattere quasi dogmatico. Quindi era quasi un dogma obbligatorio che dovessero esserci tre quantità fondamentali. Ma verso la fine del secolo si cominciò a capire che le formule dimensionali sono puramente convenzionali, per cui l'interesse per le teorie dimensionali cominciò gradualmente a diminuire.

Conclusione

Il professore di fisica dell'Università di Monaco E. Lommel parlò bene dell'importanza della ricerca di Ohm in occasione dell'inaugurazione di un monumento allo scienziato nel 1895:

"La scoperta di Ohm fu una torcia luminosa che illuminò l'area dell'elettricità che prima era stata avvolta nell'oscurità. Ohm mostrò l'unico percorso corretto attraverso l'impenetrabile foresta di fatti incomprensibili. I notevoli successi nello sviluppo dell'ingegneria elettrica, di cui abbiamo osservato con stupore negli ultimi decenni, non poteva che essere realizzato "Sulla base della scoperta di Ohm. Solo chi è in grado di dominare e controllare le forze della natura, chi è in grado di svelare le leggi della natura, Ohm ha strappato alla natura il segreto che aveva nascosto per tanto tempo e lo consegnò ai suoi contemporanei."

Elenco delle fonti utilizzate

Dorfman Ya.G. Storia mondiale della fisica. M., 1979 Ohm G. Determinazione della legge secondo la quale i metalli conducono l'elettricità di contatto. - Nel libro: Classici della scienza fisica. M., 1989

Enciclopedia Cento persone. Che ha cambiato il mondo. Ohm.

Prokhorov A.M. Dizionario enciclopedico fisico, M., 1983

Orir J. Fisica, volume 2. M., 1981

Giancoli D. Fisica, volume 2. M., 1989

http://www.portal-slovo.ru/

http://www.polarcom.ru/~vvtsv/s_doc9c.html)

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Interazioni fondamentali in natura. Interazione delle cariche elettriche. Proprietà della carica elettrica. Legge di conservazione della carica elettrica. Formulazione della legge di Coulomb. Forma vettoriale e significato fisico della legge di Coulomb. Principio di sovrapposizione.

Qual è la legge di Ohm per un circuito completo? Quindi, questa è una formula in cui è chiaramente visibile la connessione tra i parametri principali di un circuito elettrico: corrente, tensione e resistenza. Per comprendere l'essenza della legge, comprendiamo innanzitutto alcuni concetti.

Come si chiama un circuito elettrico?

Un circuito elettrico è un percorso in un circuito elettrico attraverso il quale scorrono le cariche (elementi elettrici, fili e altri dispositivi). Naturalmente, il suo inizio è considerato la fonte di energia. Sotto l'influenza di un campo elettromagnetico, di fenomeni fotonici o di processi chimici, le cariche elettriche tendono a spostarsi verso il terminale opposto di questa fonte di energia.

Cos'è la corrente elettrica?

Il movimento diretto delle particelle cariche quando esposte a un campo elettrico o ad altre forze esterne è chiamato corrente elettrica. La sua direzione è determinata dalla direzione dei protoni (cariche positive). La corrente sarà costante se né la sua forza né la sua direzione sono cambiate nel tempo.

Storia della legge di Ohm

Durante gli esperimenti con un conduttore, il fisico Georg Ohm è stato in grado di stabilire che l'intensità della corrente è proporzionale alla tensione applicata alle sue estremità:

I/sim U o I = G/U,

dove G è la conduttività elettrica e il valore R = 1 / G è la resistenza elettrica del conduttore. Questa scoperta fu fatta dal famoso fisico tedesco nel 1827.

Le leggi di Ohm

Per un circuito completo, la definizione sarà la seguente: l'intensità di corrente nel circuito elettrico è uguale al rapporto tra la forza elettromotrice (di seguito denominata EMF) della sorgente e la somma delle resistenze:

io = E / (R + r),

dove R è la resistenza del circuito esterno e r è la resistenza interna Molto spesso, la formulazione della legge causa difficoltà, poiché non tutti hanno familiarità con il concetto di EMF, la sua differenza dalla tensione, non tutti sanno cosa significa e da dove proviene la resistenza interna. Ecco perché occorrono spiegazioni, perché la legge di Ohm per un circuito completo ha un significato profondo.

La formulazione della legge per la sezione di catena può essere definita trasparente. Il punto è che non servono ulteriori spiegazioni per capirlo: la corrente nel circuito è direttamente proporzionale alla tensione e inversamente proporzionale alla resistenza:

Senso

La legge di Ohm per un circuito completo è strettamente correlata alla legge di conservazione dell'energia. Supponiamo che la fonte di corrente non abbia resistenza interna. Cosa dovrebbe succedere in questo caso? Si scopre che se non ci fosse resistenza, al circuito esterno verrebbe fornita una corrente maggiore e di conseguenza la potenza sarebbe maggiore.

Ora è il momento di comprendere il concetto di forza elettromotrice. Questo valore rappresenta la differenza tra i potenziali elettrici ai terminali della sorgente, ma solo senza alcun carico. Prendiamo come esempio la pressione dell'acqua in un serbatoio sopraelevato. Il livello dell'acqua rimarrà al suo posto finché non inizierà a consumarsi. Quando si apre il rubinetto, il livello del liquido diminuirà perché non c'è pompaggio. Quando l'acqua entra in un tubo, incontra resistenza e la stessa cosa accade con le cariche elettriche nel filo.

In assenza di carichi, i terminali sono aperti, risulta che l'EMF e la tensione hanno la stessa grandezza. Se, ad esempio, accendiamo una lampadina, il circuito si chiuderà e la forza elettromotrice creerà al suo interno una tensione, svolgendo un lavoro utile. Parte dell'energia verrà dissipata a causa della resistenza interna (questo si chiama perdite).

Se la resistenza del consumatore è inferiore alla resistenza interna, viene rilasciata più potenza dalla fonte di corrente. E poi l'EMF nel circuito esterno diminuisce e una parte significativa dell'energia viene persa nella resistenza interna. L’essenza delle leggi di conservazione è che la natura non può prendere più di quanto dà.

L'essenza della resistenza interna è ben nota agli abitanti degli appartamenti dell'epoca di Krusciov, i cui appartamenti sono dotati di aria condizionata, ma il vecchio impianto elettrico non è mai stato sostituito. Il contatore elettrico ruota a una velocità vertiginosa, la presa e il muro si riscaldano nei punti in cui passano i vecchi fili di alluminio, per cui il condizionatore d'aria raffredda a malapena l'aria nella stanza.

Natura r

"Full Ohm" (come gli elettricisti sono abituati a chiamare la legge) è poco compreso, poiché la resistenza interna della sorgente, di regola, non è di natura elettrica. Consideriamolo utilizzando l'esempio di una batteria al sale. È noto che una batteria elettrica è composta da più elementi, ma ne prenderemo in considerazione solo uno. Quindi, abbiamo una batteria Krona già pronta, composta da 7 elementi collegati in serie.

Come viene generata la corrente? In un recipiente con un elettrolita posizioniamo una barra di carbonio in un guscio di manganese, costituito da elettrodi positivi o anodi. In questo particolare esempio, la barra di carbonio funge da collettore di corrente. Lo zinco metallico è costituito da elettrodi negativi (catodi). Le batterie acquistate in negozio solitamente contengono elettrolita gel. Il liquido viene usato molto raramente. Una tazza di zinco con elettrolita e anodi funge da elettrodo negativo.

Si scopre che il segreto della batteria sta nel fatto che il potenziale elettrico del manganese non è alto quanto quello dello zinco. Pertanto, gli elettroni sono attratti dal catodo e questo, a sua volta, respinge gli ioni di zinco caricati positivamente verso l'anodo. Di conseguenza, il catodo viene gradualmente consumato. Forse tutti sanno che se una batteria scarica non viene sostituita tempestivamente può perdere liquido. A cosa è collegato questo? Tutto è molto semplice: l'elettrolito inizierà a fuoriuscire attraverso la tazza scollegata.

Quando le cariche si muovono sulla barra di carbonio, le cariche positive si accumulano nel guscio di manganese, mentre le cariche negative si accumulano sullo zinco. Ecco perché si chiamano anodo e catodo, ma l'interno delle batterie ha un aspetto diverso. La differenza tra le cariche creerà una forza elettromotrice. Le cariche smetteranno di muoversi nell'elettrolita quando la differenza di potenziale nel materiale dell'elettrodo sarà uguale al valore della fem e le forze attrattive saranno uguali alle forze repulsive.

Chiudiamo ora il circuito: per farlo basta collegare la lampadina alla batteria. Passando attraverso una fonte di luce artificiale, le cariche torneranno ciascuna al loro posto (“casa”) e la lampadina si accenderà. All'interno della batteria ricomincerà il movimento degli elettroni e degli ioni, poiché le cariche si sono esaurite ed è ricomparsa una forza attrattiva o repulsiva.

La batteria infatti produce corrente, per questo motivo la lampadina si accende, ciò avviene a causa del consumo di zinco, che in questo processo viene convertito in altri composti chimici. Per estrarre lo zinco puro, secondo la legge di conservazione dell'energia, è necessario consumarlo, ma non in forma elettrica (esattamente la stessa quantità che è stata data alla lampadina).

Ora possiamo finalmente comprendere la natura della resistenza interna della sorgente. In una batteria, questo costituisce un ostacolo al movimento di ioni di grandi dimensioni. Il movimento degli elettroni senza ioni è impossibile perché non esiste forza attrattiva.

Nei generatori industriali r appare non solo a causa della resistenza elettrica degli avvolgimenti, ma anche per motivi esterni. Quindi, ad esempio, nelle centrali idroelettriche il valore della grandezza dipende dal rendimento della turbina, dalla resistenza del flusso d'acqua nella condotta, nonché dalle perdite nella trasmissione meccanica. Inoltre, la temperatura dell'acqua e il suo livello di interramento hanno una certa influenza.

Corrente alternata

Abbiamo già esaminato la legge di Ohm per l'intero circuito CC. Come cambierà la formula con la corrente alternata? Prima di rendercene conto, caratterizziamo il concetto stesso. La corrente alternata è il movimento di particelle elettricamente cariche, la cui direzione e valore cambiano nel tempo. A differenza della resistenza costante, è accompagnata da fattori aggiuntivi che generano un nuovo tipo di resistenza (reattiva). È caratteristico dei condensatori e degli induttori.

La legge di Ohm per un circuito completo di corrente alternata è:

dove Z è una resistenza complessa costituita da resistenza attiva e reattiva.

Non è tutto negativo

La legge di Ohm per un circuito completo, oltre a indicare le perdite di energia, suggerisce anche modi per eliminarle. Gli elettricisti comuni usano raramente la formula per trovare la resistenza complessa quando in un circuito sono presenti capacità o induttanze. Nella maggior parte dei casi, la corrente viene misurata utilizzando pinze o un tester speciale. E quando la tensione è nota, la resistenza complessa può essere facilmente calcolata (se realmente necessario).

L'intensità della corrente in una sezione di un circuito è direttamente proporzionale alla tensione e inversamente proporzionale alla resistenza elettrica di una data sezione del circuito.

La legge di Ohm è scritta come:

Dove: I - corrente (A), U - tensione (V), R - resistenza (Ohm).

Questo va tenuto presente La legge di Ohm è fondamentale(di base) e può essere applicato a qualsiasi sistema fisico in cui sono presenti flussi di particelle o campi che superano la resistenza. Può essere utilizzato per calcolare flussi idraulici, pneumatici, magnetici, elettrici, luminosi e termici.

La legge di Ohm definisce la relazione tra tre quantità fondamentali: corrente, tensione e resistenza. Afferma che la corrente è direttamente proporzionale alla tensione e inversamente proporzionale alla resistenza.

La corrente scorre da un punto con un eccesso di elettroni a un punto con una carenza di elettroni. Il percorso seguito dalla corrente si chiama circuito elettrico. Tutti i circuiti elettrici sono costituiti da fonte corrente, carichi E conduttori. La fonte attuale fornisce la differenza potenziale, che consente il passaggio della corrente. La fonte di alimentazione può essere una batteria, un generatore o un altro dispositivo. Il carico resiste al flusso di corrente. Questa resistenza può essere alta o bassa, a seconda dello scopo del circuito. La corrente in un circuito scorre attraverso i conduttori dalla sorgente al carico. Il conduttore deve cedere facilmente gli elettroni. La maggior parte dei conduttori utilizza il rame.

Il percorso della corrente elettrica verso un carico può passare attraverso tre tipi di circuiti: circuito in serie, circuito parallelo o circuito serie-parallelo. La corrente degli elettroni in un circuito elettrico scorre dal terminale negativo della sorgente di corrente, attraverso il carico fino al terminale positivo della sorgente di corrente.

Finché questo percorso non viene interrotto, il circuito è chiuso e la corrente scorre.

Tuttavia, se il percorso viene interrotto, il circuito si aprirà e la corrente non potrà fluire attraverso di esso.

La corrente in un circuito elettrico può essere modificata modificando la tensione applicata o la resistenza del circuito. La corrente cambia nelle stesse proporzioni della tensione o della resistenza. Se la tensione aumenta, aumenta anche la corrente. Se la tensione diminuisce, diminuisce anche la corrente. Se invece la resistenza aumenta la corrente diminuisce. Se la resistenza diminuisce, la corrente aumenta. Questa relazione tra tensione, corrente e resistenza è chiamata legge di Ohm.

La legge di Ohm afferma che la corrente in un circuito (serie, parallelo o serie-parallelo) è direttamente proporzionale alla tensione e inversamente proporzionale alla resistenza

Quando si determinano le quantità sconosciute in un circuito, seguire queste regole:

1. Disegna uno schema circuitale ed etichetta tutte le quantità conosciute.
2. Eseguire i calcoli per i circuiti equivalenti e ridisegnare il circuito.
3. Calcolare le quantità incognite.

Ricorda: la legge di Ohm è valida per qualsiasi parte del circuito e può essere applicata in qualsiasi momento. La stessa corrente scorre attraverso un circuito in serie e la stessa tensione viene applicata a qualsiasi ramo di un circuito parallelo.

Storia della legge di Ohm

Georg Ohm, conducendo esperimenti con un conduttore, ha scoperto che l'intensità della corrente in un conduttore è proporzionale alla tensione applicata alle sue estremità. Il coefficiente di proporzionalità è chiamato conduttività elettrica e il valore è solitamente chiamato resistenza elettrica del conduttore. La legge di Ohm fu scoperta nel 1826.

Di seguito sono riportate le animazioni dei circuiti che illustrano la legge di Ohm. Si noti che (nella prima immagine) l'amperometro (A) è ideale e ha resistenza zero.

Questa animazione mostra come cambia la corrente in un circuito al variare della tensione applicata.

L'animazione seguente mostra come cambia la corrente in un circuito al variare della resistenza.

In natura esistono due tipologie principali di materiali, conduttori e non conduttori (dielettrici). Questi materiali differiscono per la presenza di condizioni per il movimento della corrente elettrica (elettroni) al loro interno.

I conduttori elettrici sono costituiti da materiali conduttivi (rame, alluminio, grafite e molti altri), in cui gli elettroni non sono legati e possono muoversi liberamente.

Nei dielettrici, gli elettroni sono strettamente legati agli atomi, quindi la corrente non può fluire al loro interno. Sono utilizzati per realizzare l'isolamento di cavi e parti di apparecchi elettrici.

Affinché gli elettroni inizino a muoversi nel conduttore (la corrente scorre attraverso una sezione del circuito), devono creare condizioni. Per fare ciò, deve esserci un eccesso di elettroni all'inizio della sezione della catena e una carenza alla fine. Per creare tali condizioni, vengono utilizzate fonti di tensione: accumulatori, batterie, centrali elettriche.

Nel 1827 Georg Simon Ohm scoprì la legge della corrente elettrica. A lui sono state intitolate la Legge e l'unità di misura della resistenza. Il significato della legge è il seguente.

Più spesso è il tubo e maggiore è la pressione dell'acqua nella rete idrica (all'aumentare del diametro del tubo, diminuisce la resistenza all'acqua), maggiore sarà la quantità di acqua che scorrerà. Se immaginiamo che l'acqua sia costituita da elettroni (corrente elettrica), più spesso è il filo e maggiore è la tensione (all'aumentare della sezione trasversale del filo, la resistenza della corrente diminuisce), maggiore sarà la corrente che scorrerà attraverso la sezione del circuito.

La corrente che circola in un circuito elettrico è direttamente proporzionale alla tensione applicata e inversamente proporzionale al valore della resistenza del circuito.

Dove IO– intensità di corrente, misurata in ampere e indicata dalla lettera UN; U IN; R– resistenza, misurata in ohm e designata Ohm.

Se la tensione di alimentazione è nota U e la resistenza dell'apparecchio elettrico R, quindi utilizzando la formula sopra, utilizzando un calcolatore online, è facile determinare la forza della corrente che scorre attraverso il circuito IO.

Utilizzando la legge di Ohm, vengono calcolati i parametri elettrici dei cavi elettrici, degli elementi riscaldanti e di tutti gli elementi radio delle moderne apparecchiature elettroniche, siano essi computer, TV o telefoni cellulari.

Applicazione pratica della legge di Ohm

In pratica, spesso è necessario determinare non la forza attuale IO e il valore della resistenza R. Trasformando la formula della legge di Ohm, puoi calcolare il valore della resistenza R, conoscendo la corrente che scorre IO e valore della tensione U.

Potrebbe essere necessario calcolare il valore della resistenza, ad esempio, quando si effettua un blocco di carico per testare l'alimentazione di un computer. Di solito è presente un'etichetta sulla custodia dell'alimentatore del computer che elenca la corrente di carico massima per ciascuna tensione. È sufficiente inserire i valori di tensione indicati e la corrente di carico massima nei campi del calcolatore e come risultato del calcolo otteniamo il valore della resistenza di carico per una determinata tensione. Ad esempio, per una tensione di +5 V con una corrente massima di 20 A, la resistenza di carico sarà di 0,25 Ohm.

Formula della legge di Joule-Lenz

Abbiamo calcolato il valore del resistore per realizzare un blocco di carico per l'alimentazione del computer, ma dobbiamo ancora determinare quale potenza dovrebbe avere il resistore? Qui aiuterà un'altra legge della fisica, che è stata scoperta contemporaneamente da due fisici indipendentemente l'uno dall'altro. Nel 1841 James Joule e nel 1842 Emil Lenz. Questa legge prende il nome da loro - Legge di Joule-Lenz.

La potenza consumata dal carico è direttamente proporzionale alla tensione applicata e alla corrente circolante. In altre parole, quando la tensione e la corrente cambiano, il consumo energetico cambierà proporzionalmente.

Dove P– potenza, misurata in watt e designata W; U– tensione, misurata in volt e indicata con la lettera IN; IO– intensità di corrente, misurata in ampere e indicata con la lettera UN.

Conoscendo la tensione di alimentazione e la corrente consumata da un apparecchio elettrico, è possibile utilizzare una formula per determinare quanta energia consuma. Basta inserire i dati nelle caselle sottostanti nel calcolatore online.

La legge di Joule-Lenz permette anche di conoscere la corrente consumata da un apparecchio elettrico conoscendone la potenza e la tensione di alimentazione. La quantità di corrente consumata è necessaria, ad esempio, per selezionare la sezione trasversale del cavo durante la posa dei cavi elettrici o per calcolare la potenza.

Ad esempio, calcoliamo il consumo attuale di una lavatrice. Secondo il passaporto, il consumo energetico è di 2200 W, la tensione nella rete elettrica domestica è di 220 V. Sostituiamo i dati nelle finestre della calcolatrice, scopriamo che la lavatrice consuma una corrente di 10 A.

Un altro esempio: decidi di installare un faro aggiuntivo o un amplificatore audio nella tua auto. Conoscendo il consumo energetico dell'apparecchio elettrico installato, è facile calcolare il consumo di corrente e selezionare la sezione corretta del cavo per il collegamento all'impianto elettrico del veicolo. Diciamo che un faro aggiuntivo consuma una potenza di 100 W (la potenza della lampadina installata nel faro), la tensione di bordo della rete dell'auto è di 12 V. Sostituiamo i valori di potenza e tensione in dalle finestre della calcolatrice, troviamo che la corrente consumata sarà di 8,33 A.

Avendo compreso solo due semplici formule, puoi facilmente calcolare le correnti che fluiscono attraverso i fili, il consumo energetico di qualsiasi apparecchio elettrico: praticamente inizierai a comprendere le basi dell'ingegneria elettrica.

Formule convertite della legge di Ohm e di Joule-Lenz

Mi sono imbattuto in un'immagine su Internet sotto forma di una tavoletta rotonda, in cui sono posizionate con successo le formule della legge di Ohm e della legge di Joule-Lenz e le opzioni per la trasformazione matematica delle formule. La targa rappresenta quattro settori indipendenti tra loro ed è molto comoda per l'uso pratico

Utilizzando la tabella, è facile selezionare una formula per il calcolo del parametro richiesto del circuito elettrico utilizzando altri due noti. Ad esempio, è necessario determinare il consumo di corrente di un prodotto in base alla potenza e alla tensione note della rete di alimentazione. Osservando la tabella del settore attuale vediamo che la formula I=P/U è adatta per il calcolo.

E se è necessario determinare la tensione di alimentazione U in base al consumo energetico P e alla corrente I, è possibile utilizzare la formula del settore in basso a sinistra, la formula U=P/I andrà bene.

Le quantità sostituite nelle formule devono essere espresse in Ampere, Volt, Watt o Ohm.