Rezistența totală conform legii lui Ohm. Legea lui Ohm în termeni simpli

În 1826, omul de știință german Georg Ohm a făcut o descoperire și a descris-o
o lege empirică despre relația dintre indicatori precum puterea curentului, tensiunea și caracteristicile conductorului din circuit. Ulterior, după numele omului de știință, a început să se numească legea lui Ohm.

Mai târziu s-a dovedit că aceste caracteristici nu sunt altceva decât rezistența conductorului care apare în timpul contactului său cu electricitatea. Aceasta este rezistența externă (R). Există și o rezistență internă (r) caracteristică sursei de curent.

Legea lui Ohm pentru o secțiune de circuit

Conform legii generalizate a lui Ohm pentru o anumită secțiune a unui circuit, puterea curentului într-o secțiune a circuitului este direct proporțională cu tensiunea de la capetele secțiunii și invers proporțională cu rezistența.

Unde U este tensiunea de la capetele secțiunii, I este puterea curentului, R este rezistența conductorului.

Luând în considerare formula de mai sus, este posibil să se găsească valorile necunoscute ale lui U și R prin efectuarea unor operații matematice simple.

Formulele de mai sus sunt valabile doar atunci când rețeaua întâmpină doar rezistență.

Legea lui Ohm pentru un circuit închis

Puterea curentului a circuitului complet este egală cu EMF împărțit la suma rezistențelor secțiunilor omogene și neomogene ale circuitului.

O rețea închisă are atât rezistențe interne, cât și externe. Prin urmare, formulele de relație vor fi diferite.

Unde E este forța electromotoare (EMF), R este rezistența externă a sursei, r este rezistența internă a sursei.

Legea lui Ohm pentru o secțiune neuniformă a unui circuit

O rețea electrică închisă conține secțiuni de natură liniară și neliniară. Secțiunile care nu au o sursă de curent și nu depind de influențele externe sunt liniare, iar secțiunile care conțin o sursă sunt neliniare.

Legea lui Ohm pentru o secțiune a unei rețele de natură omogenă a fost enunțată mai sus. Legea secțiunii neliniare va avea următoarea formă:

I = U/ R = f1 – f2 + E/ R

Unde f1 – f2 este diferența de potențial la punctele de capăt ale secțiunii de rețea luate în considerare

R – rezistența totală a secțiunii neliniare a circuitului

FEM a unei secțiuni neliniare a unui circuit poate fi mai mare decât zero sau mai mică. Dacă direcția de mișcare a curentului provenit de la sursă cu deplasarea curentului în rețeaua electrică coincide, mișcarea sarcinilor pozitive va predomina și EMF va fi pozitiv. Dacă direcțiile coincid, mișcarea sarcinilor negative create de EMF va crește în rețea.

Legea lui Ohm pentru curent alternativ

Dacă în rețea există capacități sau inerție, este necesar să se țină cont în calcule că își produc rezistența, din care curentul devine variabil.

Legea lui Ohm pentru curent alternativ arată astfel:

unde Z este rezistența de-a lungul întregii lungimi a rețelei electrice. Se mai numește și impedanță. Impedanța constă în rezistență activă și reactivă.

Legea lui Ohm nu este o lege științifică de bază, ci doar o relație empirică și, în unele condiții, este posibil să nu fie respectată:

• Când rețeaua are o frecvență mare, câmpul electromagnetic se modifică cu viteză mare, iar inerția purtătorilor de sarcină trebuie luată în considerare în calcule;
• În condiții de temperatură scăzută cu substanțe care au supraconductivitate;
• Când un conductor este puternic încălzit de tensiunea de trecere, raportul dintre curent și tensiune devine variabil și poate să nu corespundă legii generale;
• Când un conductor sau dielectric este sub tensiune înaltă;
• În lămpi LED;
• În dispozitive semiconductoare și semiconductoare.

La rândul lor, elementele și conductorii care respectă legea lui Ohm se numesc ohmici.

Legea lui Ohm poate oferi o explicație pentru unele fenomene naturale. De exemplu, când vedem păsări așezate pe fire de înaltă tensiune, avem o întrebare - de ce nu sunt afectate de curentul electric? Acest lucru este explicat destul de simplu. Păsările, așezate pe fire, sunt un fel de conductori. Cea mai mare parte a tensiunii cade pe golurile dintre păsări, iar porțiunea care cade pe „conductori” înșiși nu reprezintă un pericol pentru ele.

Dar această regulă funcționează doar cu un singur contact. Dacă o pasăre atinge un fir sau un stâlp de telegraf cu ciocul sau aripa, inevitabil va muri din cauza cantității enorme de tensiune pe care o transportă aceste zone. Astfel de cazuri se întâmplă peste tot. Prin urmare, din motive de siguranță, în unele așezări au fost instalate dispozitive speciale pentru a proteja păsările de tensiuni periculoase. Păsările sunt complet în siguranță pe astfel de bibani.

Legea lui Ohm este, de asemenea, utilizată pe scară largă în practică. Electricitatea este mortală pentru oameni doar prin atingerea unui fir gol. Dar, în unele cazuri, rezistența corpului uman poate fi diferită.

De exemplu, pielea uscată și intactă are o rezistență mai mare la efectele electricității decât o rană sau pielea acoperită cu transpirație. Din cauza suprasolicitarii, tensiunii nervoase și intoxicației, chiar și cu o tensiune mică, o persoană poate primi un șoc electric puternic.

În medie, rezistența corpului uman este de 700 Ohmi, ceea ce înseamnă că o tensiune de 35 V este sigură pentru oameni. Când lucrează cu tensiuni înalte, specialiștii folosesc.

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

postat pe http://www.allbest.ru/

MINISTERUL EDUCAȚIEI AL REPUBLICII BELARUS

Departamentul de Științe ale Naturii

Eseu

Legea lui Ohm

Efectuat:

Ivanov M. A.

Introducere

1. Vedere generală a legii lui Ohm

2. Istoria descoperirii legii lui Ohm, o scurtă biografie a omului de știință

3. Tipuri de legi lui Ohm

4. Primele studii ale rezistenţei conductoarelor

5. Măsurători electrice

Concluzie

Literatură, alte surse de informare

Introducere

Fenomenele legate de electricitate au fost observate în China antică, India și Grecia antică cu câteva secole înainte de începutul erei noastre. În jurul anului 600 î.Hr., după cum spun legendele păstrate, filozoful grec antic Thales din Milet cunoștea proprietatea chihlimbarului frecat pe lână de a atrage obiecte ușoare. Apropo, grecii antici foloseau cuvântul „electron” pentru a numi chihlimbar. Cuvântul „electricitate” a venit și de la el. Dar grecii au observat doar fenomenele electricității, dar nu au putut explica.

Secolul al XIX-lea a fost plin de descoperiri legate de electricitate. O descoperire a dat naștere unui întreg lanț de descoperiri de-a lungul mai multor decenii. Electricitatea a început să se transforme dintr-un subiect de cercetare într-o marfă de consum. A început introducerea sa pe scară largă în diverse domenii de producție. Au fost inventate și create motoare electrice, generatoare, telefoane, telegrafe și radiouri. Începe introducerea energiei electrice în medicină.

Tensiunea, curentul și rezistența sunt mărimi fizice care caracterizează fenomenele care au loc în circuitele electrice. Aceste cantități sunt legate între ele. Această legătură a fost studiată pentru prima dată de fizicianul german 0m. Legea lui Ohm a fost descoperită în 1826.

1. Vedere generală a legii lui Ohm

Legea lui Ohm este așa: Puterea curentului într-o secțiune a circuitului este direct proporțională cu tensiunea din această secțiune (pentru o rezistență dată) și invers proporțională cu rezistența secțiunii (pentru o tensiune dată): I = U / R, din formula it rezultă că U = IHR și R = U / I. Deoarece rezistența unui conductor dat nu depinde nici de tensiune, nici de curent, atunci ultima formulă trebuie citită după cum urmează: rezistența unui conductor dat este egală cu raportul dintre tensiunea de la capetele sale la puterea curentului care circulă prin el. În circuitele electrice, cel mai adesea conductoarele (consumatori de energie electrică) sunt conectate în serie (de exemplu, becurile în ghirlande de brad) și în paralel (de exemplu, aparatele electrocasnice).

Cu o conexiune în serie, puterea curentului în ambii conductori (becuri) este aceeași: I = I1 = I2, tensiunea la capetele secțiunii circuitului luat în considerare este suma tensiunii de pe prima și a doua lampă: U = U1 + U2. Rezistența totală a secțiunii este egală cu suma rezistențelor becurilor R = R1 + R2.

Când rezistențele sunt conectate în paralel, tensiunea pe secțiunea circuitului și la capetele rezistențelor este aceeași: U = U1 = U2. Curentul din partea neramificată a circuitului este egal cu suma curenților din rezistențele individuale: I = I1 + I2. Rezistența totală a secțiunii este mai mică decât rezistența fiecărui rezistor.

Dacă rezistențele rezistențelor sunt aceleași (R1 = R2), atunci rezistența totală a secțiunii.Dacă trei sau mai multe rezistențe sunt conectate în paralel în circuit, atunci rezistența totală poate fi -

găsit prin formula: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/RN. În paralel, sunt conectați consumatorii de rețea, care sunt proiectați pentru o tensiune egală cu tensiunea rețelei.

Deci, Legea lui Ohm stabilește relația dintre puterea curentă euîn conductor și diferența de potențial (tensiune) Uîntre două puncte fixe (secțiuni) ale acestui conductor:

Factorul de proporționalitate R, în funcție de proprietățile geometrice și electrice ale conductorului și de temperatură, se numește rezistență ohmică sau pur și simplu rezistența unei secțiuni date a conductorului.

2. Istoria descoperirii legii lui Ohm, o scurtă biografie a omului de știință

Georg Simon Ohm s-a născut la 16 martie 1787 la Erlangen, în familia unui mecanic ereditar. După absolvirea școlii, Georg a intrat în gimnaziul orașului. Gimnaziul Erlangen era supravegheat de universitate. Orele de la gimnaziu erau predate de patru profesori. Georg, după ce a absolvit liceul, în primăvara anului 1805 a început să studieze matematica, fizica și filozofia la Facultatea de Filosofie a Universității din Erlangen.

După ce a studiat trei semestre, a acceptat o invitație de a lua locul unui profesor de matematică într-o școală privată din orașul elvețian Gottstadt.

În 1811 s-a întors la Erlangen, a absolvit universitatea și a primit un doctorat. Imediat după absolvirea universității, i s-a oferit postul de asistent universitar privat la catedra de matematică a aceleiași universități.

În 1812, Ohm a fost numit profesor de matematică și fizică la o școală din Bamberg. În 1817, a publicat prima sa lucrare tipărită despre metodele de predare, „Cea mai optimă opțiune pentru predarea geometriei în clasele pregătitoare”. Om a început să cerceteze electricitatea. Ohm și-a bazat instrumentul de măsurare electrică pe proiectarea balanțelor de torsiune ale lui Coulomb. Ohm a prezentat rezultatele cercetării sale sub forma unui articol intitulat „Raport preliminar asupra legii conform căreia metalele conduc electricitatea de contact”. Articolul a fost publicat în 1825 în Journal of Physics and Chemistry, publicat de Schweigger. Cu toate acestea, expresia găsită și publicată de Ohm s-a dovedit a fi incorectă, ceea ce a fost unul dintre motivele nerecunoașterii sale pe termen lung. După ce a luat toate măsurile de precauție și a eliminat toate sursele posibile de eroare în avans, Om a început noi măsurători.

Apare faimosul său articol „Definiția legii conform căreia metalele conduc electricitatea de contact, împreună cu o schiță a teoriei aparatului voltaic și a multiplicatorului Schweigger”, publicat în 1826 în Journal of Physics and Chemistry.

În mai 1827, „Studii teoretice ale circuitelor electrice” volum de 245 de pagini, care conținea raționamentul teoretic al lui Ohm despre circuitele electrice. În această lucrare, omul de știință și-a propus să caracterizeze proprietățile electrice ale unui conductor prin rezistența sa și a introdus acest termen în uz științific. Ohm a găsit o formulă mai simplă pentru legea unei secțiuni a unui circuit electric care nu conține EMF: „Mărimea curentului într-un circuit galvanic este direct proporțională cu suma tuturor tensiunilor și invers proporțională cu suma lungimilor reduse. . În acest caz, lungimea totală redusă este definită ca suma tuturor lungimilor individuale reduse pentru secțiuni omogene cu conductivitate diferită și secțiune transversală diferită."

În 1829, a apărut articolul său „An Experimental Study of the Operation of an Electromagnetic Multiplicator”, în care s-au pus bazele teoriei instrumentelor electrice de măsură. Aici Ohm a propus o unitate de rezistență, pentru care a ales rezistența unui fir de cupru de 1 picior lungime și cu o secțiune transversală de 1 linie pătrată.

În 1830, a apărut noul studiu al lui Ohm, „O încercare de a crea o teorie aproximativă a conductivității unipolare”. Abia în 1841 opera lui Ohm a fost tradusă în engleză, în 1847 în italiană și în 1860 în franceză.

La 16 februarie 1833, la șapte ani de la publicarea articolului în care era publicată descoperirea sa, lui Ohm i s-a oferit un post de profesor de fizică la nou organizată Școală Politehnică din Nürnberg. Omul de știință începe cercetările în domeniul acusticii. Ohm a formulat rezultatele cercetării sale acustice sub forma unei legi, care mai târziu a devenit cunoscută drept legea acustică a lui Ohm.

Fizicienii ruși Lenz și Jacobi au fost primii care au recunoscut legea lui Ohm printre oamenii de știință străini. Au ajutat și la recunoașterea sa internațională. Cu participarea fizicienilor ruși, la 5 mai 1842, Societatea Regală din Londra i-a acordat lui Ohm o medalie de aur și l-a ales membru.

În 1845 a fost ales membru cu drepturi depline al Academiei de Științe din Bavaria. În 1849, omul de știință a fost invitat la Universitatea din München în funcția de profesor extraordinar. În același an, a fost numit custode al colecției de stat de instrumente fizice și matematice, susținând simultan prelegeri despre fizică și matematică. În 1852, Ohm a primit funcția de profesor titular. Ohm a murit pe 6 iulie 1854. În 1881, la congresul de inginerie electrică de la Paris, oamenii de știință au aprobat în unanimitate numele unității de rezistență - 1 Ohm.

3. Tipuri de legi lui Ohm

Există mai multe tipuri de legea lui Ohm.

Legea lui Ohm pentru o secțiune omogenă a unui lanț (nu conține o sursă de curent): curentul dintr-un conductor este direct proporțional cu tensiunea aplicată și invers proporțional cu rezistența conductorului:

Legea lui Ohm pentru un circuit complet - puterea curentului din circuit este proporțională cu EMF care acționează în circuit și invers proporțională cu suma rezistenței circuitului și a rezistenței interne a sursei.

unde I este puterea curentă

E - forța electromotoare

R este rezistența externă a circuitului (adică rezistența acestuia

parte a circuitului care se află în afara sursei EMF)

EMF este munca forțelor externe (adică forțe de origine neelectrică) pentru a deplasa o sarcină într-un circuit, în funcție de mărimea acestei sarcini.

Unități:

EMF - volți

Curent - amperi

Rezistențe (R și r) - ohmi

Aplicând legea de bază a unui circuit electric (legea lui Ohm), este posibil să explicăm multe fenomene naturale care la prima vedere par misterioase și paradoxale. De exemplu, toată lumea știe că orice contact uman cu fire electrice sub tensiune este mortal. Doar o atingere a unui fir de înaltă tensiune rupt poate electrocuta o persoană sau un animal. Dar, în același timp, vedem în mod constant păsări cocoțate calm pe liniile electrice de înaltă tensiune și nimic nu amenință viața acestor creaturi vii. Atunci cum putem găsi o explicație pentru un astfel de paradox?

Și acest fenomen poate fi explicat destul de simplu dacă ne imaginăm că o pasăre pe un fir electric este una dintre secțiunile rețelei electrice, rezistența celui de-al doilea depășește semnificativ rezistența unei alte secțiuni a aceluiași circuit (adică un mic decalajul dintre picioarele păsării). În consecință, curentul electric care acționează asupra primei secțiuni a circuitului, adică asupra corpului păsării, va fi complet sigur pentru aceasta. Cu toate acestea, siguranța completă este garantată numai atunci când vine în contact cu o secțiune a unui fir de înaltă tensiune. Dar dacă o pasăre care s-a așezat pe o linie electrică atinge un fir sau orice obiect situat în apropierea firului (de exemplu, un stâlp de telegraf) cu aripa sau ciocul, pasărea va muri inevitabil. La urma urmei, stâlpul este conectat direct la pământ, iar fluxul de sarcini electrice, care trece pe corpul păsării, îl poate ucide instantaneu, mișcându-se rapid spre pământ. Din păcate, din acest motiv, multe păsări mor în orașe.

Pentru a proteja păsările de efectele nocive ale electricității, oamenii de știință străini au dezvoltat dispozitive speciale - bibani pentru păsări izolate de curentul electric. Astfel de dispozitive au fost amplasate pe liniile electrice de înaltă tensiune. Păsările, așezate pe un biban izolat, pot atinge firele, stâlpii sau consolele cu ciocul, aripile sau cozile fără niciun risc pentru viața lor. Suprafața superioară, așa-numitul strat cornos al pielii umane are cea mai mare rezistență. Rezistenta pielii uscate si intacte poate ajunge la 40.000 - 100.000 Ohmi. Stratul cornos al pielii este foarte mic, doar 0,05 - 0,2 mm. si se sparge usor cu o tensiune de 250 V. In acest caz, rezistenta scade de o suta de ori si scade cu cat mai repede cu cat curentul actioneaza mai mult asupra corpului uman. Transpirația crescută a pielii, suprasolicitarea, excitația nervoasă și intoxicația reduc drastic rezistența corpului uman, până la 800 - 1000 ohmi. Acest lucru explică că uneori chiar și o tensiune mică poate provoca șoc electric. Dacă, de exemplu, rezistența corpului uman este de 700 ohmi, atunci o tensiune de numai 35 V va fi periculoasă. De aceea, de exemplu, electricienii, chiar și atunci când lucrează cu o tensiune de 36 V, folosesc echipamente de protecție izolatoare - mănuși de cauciuc sau unelte cu mânere izolate.

Legea lui Ohm pare atât de simplă încât dificultățile care au trebuit depășite în stabilirea ei sunt trecute cu vederea și uitate. Legea lui Ohm nu este ușor de testat și nu trebuie luată ca un adevăr evident; Într-adevăr, pentru multe materiale nu ține.

Care sunt mai exact aceste dificultăți? Nu se poate verifica ce produce o modificare a numărului de elemente ale unei coloane voltaice prin determinarea curentului la un număr diferit de elemente?

Cert este că atunci când luăm un număr diferit de elemente, schimbăm întregul lanț, pentru că elementele suplimentare au și rezistență suplimentară. Prin urmare, este necesar să găsiți o modalitate de a schimba tensiunea fără a schimba bateria în sine. În plus, diferite valori ale curentului încălzesc firul la diferite temperaturi, iar acest efect poate afecta și puterea curentului. Ohm (1787-1854) a depășit aceste dificultăți profitând de fenomenul termoelectricității, care a fost descoperit de Seebeck (1770-1831) în 1822.

Astfel, Ohm a arătat că curentul este proporțional cu tensiunea și invers proporțional cu impedanța circuitului. A fost un rezultat simplu pentru un experiment complex. Cel puțin așa ar trebui să ni se pară acum.

Contemporanii lui Ohm, în special compatrioții săi, au gândit diferit: poate că simplitatea legii lui Ohm le-a stârnit suspiciunea. Om a întâmpinat dificultăți în carieră și a avut nevoie; Om a fost mai ales deprimat de faptul că lucrările sale nu au fost recunoscute. Spre meritul Marii Britanii, și mai ales al Societății Regale, trebuie spus că munca lui Ohm a primit o recunoaștere binemeritată acolo. Om este printre acei oameni mari ale căror nume se găsesc adesea scrise cu litere mici: numele „om” a fost dat unității de rezistență.

4. Primele studii ale rezistenţei conductoarelor

Ce este un dirijor? Aceasta este o componentă pur pasivă a circuitului electric, au răspuns primii cercetători. A-l studia înseamnă pur și simplu să-ți zvârnești mintea peste mistere inutile, pentru că... doar sursa curentă este un element activ.

Această viziune asupra lucrurilor explică de ce oamenii de știință, cel puțin înainte de 1840, nu au manifestat aproape niciun interes față de puținele lucrări care au fost efectuate în această direcție.

Astfel, la cel de-al doilea congres al oamenilor de știință italieni, desfășurat la Torino în 1840 (primul întâlnit la Pisa în 1839 și chiar a căpătat o oarecare semnificație politică), vorbind în dezbaterea raportului prezentat de Marianini, De la Rive a susținut că conductivitatea majoritatea lichidelor nu este absolută, „ci mai degrabă relativă și variază în funcție de modificările puterii curente”. Dar legea lui Ohm a fost publicată cu 15 ani mai devreme!

Printre puținii oameni de știință care au început să studieze problema conductivității conductoarelor după inventarea galvanometrului s-a numărat și Stefano Marianini (1790-1866).

A ajuns la descoperirea sa din întâmplare în timp ce studia tensiunea bateriei. El a observat că, odată cu creșterea numărului de elemente ale coloanei voltaice, efectul electromagnetic asupra acului nu crește semnificativ. Acest lucru l-a făcut pe Marianini să se gândească imediat că fiecare element voltaic reprezenta un obstacol în calea trecerii curentului. A făcut experimente cu perechi de „active” și „inactive” (adică formate din două plăci de cupru separate printr-o garnitură umedă) și a găsit experimental o relație în care cititorul modern va recunoaște un caz special al legii lui Ohm, când rezistența de circuitul extern nu este luat în considerare atenție, așa cum a fost cazul în experiența lui Marianini.

Georg Simon Ohm (1789-1854) a recunoscut meritele lui Marianini, deși lucrările sale nu l-au ajutat direct pe Ohm în opera sa. Ohm a fost inspirat în cercetările sale de lucrarea („Teoria analitică a căldurii”, Paris, 1822) a lui Jean Baptiste Fourier (1768-1830) - una dintre cele mai semnificative lucrări științifice ale tuturor timpurilor, care a câștigat foarte repede faimă și apreciere în rândul matematicienii și fizicienii de atunci. El a venit cu ideea că mecanismul „fluxului de căldură” despre care vorbește Fourier poate fi asemănat cu un curent electric într-un conductor. Și la fel cum în teoria lui Fourier, fluxul de căldură între două corpuri sau între două puncte ale aceluiași corp este explicat prin diferența de temperatură, în același mod Ohm explică apariția unui curent electric între ele prin diferența de „forțe electroscopice”. în două puncte ale unui conductor.

Urmând această analogie, Ohm și-a început studiile experimentale prin determinarea valorilor relative ale conductivității diferiților conductori. Folosind o metodă devenită acum clasică, el a conectat în serie conductoare subțiri din diferite materiale de același diametru între două puncte dintr-un circuit și a variat lungimea acestora astfel încât să se obțină o anumită cantitate de curent. Primele rezultate pe care a reușit să le obțină astăzi par destul de modeste. galvanometru electric cu legea ohmului

Istoricii sunt frapați, de exemplu, de măsurătorile lui Ohm conform cărora argintul este mai puțin conductiv decât cuprul și aurul și acceptă cu condescendență explicația lui Ohm că experimentul a fost efectuat pe sârmă de argint acoperită cu un strat de ulei, ceea ce induce în eroare cu privire la valoarea exactă. diametrul

La acel moment, existau multe surse de eroare la efectuarea experimentelor (puritatea insuficientă a metalelor, dificultatea de calibrare a firului, dificultatea de a efectua măsurători precise etc.). Cea mai importantă sursă de eroare a fost polarizarea bateriilor. Elementele permanente (chimice) nu erau încă cunoscute la acel moment, așa că în timpul necesar pentru măsurători, forța electromotoare a elementului s-a schimbat semnificativ. Tocmai aceste motive au provocat erori care l-au determinat pe Ohm, pe baza experimentelor sale, să ajungă la o lege logaritmică a dependenței curentului de rezistența conductorului conectat între două puncte ale circuitului. După publicarea primului articol al lui Ohm, Poggendorff l-a sfătuit să abandoneze elementele chimice și să folosească un termocuplu cupru-bismut mai bun, introdus cu puțin timp înainte de Seebeck.

Ohm a ascultat acest sfat și și-a repetat experimentele, asambland o instalație cu o baterie termoelectrică, în circuitul extern al cărei opt fire de cupru de același diametru, dar lungimi diferite erau conectate în serie. El a măsurat puterea curentului folosind un fel de balanță de torsiune formată dintr-un ac magnetic suspendat pe un fir de metal. Când curentul paralel cu săgeata l-a deviat, Ohm a răsucit firul pe care era suspendat până când săgeata a ajuns în poziția obișnuită;

Puterea curentului a fost considerată proporțională cu unghiul la care a fost răsucit firul. Ohm a concluzionat că rezultatele experimentelor făcute cu opt fire diferite „pot fi exprimate foarte bine prin ecuație

unde X înseamnă intensitatea acțiunii magnetice a unui conductor a cărui lungime este egală cu x, iar a și b sunt constante care depind, respectiv, de forța de excitare și, respectiv, de rezistența părților rămase ale circuitului.”

Condițiile experimentale s-au schimbat: rezistențele și perechile termoelectrice au fost înlocuite, dar rezultatele încă s-au rezumat la formula de mai sus, care foarte simplu se transformă în cea cunoscută de noi dacă X este înlocuit cu puterea curentului, a cu forța electromotoare și b+x cu rezistența totală a circuitului.

După ce a primit această formulă, Ohm o folosește pentru a studia efectul multiplicatorului Schweiger asupra deviației acului și pentru a studia curentul care trece în circuitul extern al bateriei de celule, în funcție de modul în care sunt conectate - în serie sau în paralel. În acest fel explică (cum se face acum în manuale) ce determină curentul extern al unei baterii, întrebare care era destul de obscură pentru primii cercetători. Om spera că munca sa experimentală îi va deschide calea către universitate, pe care și-a dorit atât de mult. Cu toate acestea, articolele au trecut neobservate. Apoi și-a părăsit funcția de profesor la gimnaziul din Köln și a plecat la Berlin pentru a înțelege teoretic rezultatele obținute. În 1827, la Berlin, a publicat lucrarea sa principală „Die galvanische Kette, mathe-matisch bearbeitet” („Circuit galvanic dezvoltat matematic”).

Această teorie, în dezvoltarea căreia s-a inspirat, după cum am indicat deja, din teoria analitică a căldurii a lui Fourier, introduce conceptele și definițiile precise ale forței electromotoare, sau „forței electroscopice”, așa cum o numește Ohm, conductivitatea electrică (Starke der Leitung) și puterea curentului. După ce a exprimat legea pe care a derivat-o în forma diferențială dată de autorii moderni, Ohm o scrie în cantități finite pentru cazuri speciale de circuite electrice specifice, dintre care circuitul termoelectric este deosebit de important. Pe baza acestui fapt, el formulează legile cunoscute ale modificărilor tensiunii electrice de-a lungul unui circuit.

Dar studiile teoretice ale lui Ohm au trecut și ele neobservate și, dacă cineva a scris despre ele, a fost doar pentru a ridiculiza „o fantezie morbidă, al cărei singur scop este dorința de a subjuga demnitatea naturii”. Și numai zece ani mai târziu, lucrările sale geniale au început treptat să primească recunoașterea cuvenită: în

În Germania au fost apreciați de Poggendorff și Fechner, în Rusia de Lenz, în Anglia de Wheatstone, în America de Henry, în Italia de Matteucci.

Concomitent cu experimentele lui Ohm, A. Becquerel și-a condus experimentele în Franța, iar Barlow și-a efectuat experimentele în Anglia. Experimentele primului sunt deosebit de remarcabile pentru introducerea unui galvanometru diferenţial cu un cadru dublu înfăşurat şi utilizarea metodei de măsurare „zero”. Experimentele lui Barlow merită menționate deoarece au confirmat experimental constanta puterii curentului pe întreg circuitul. Această concluzie a fost verificată și extinsă la curentul intern al unei baterii de către Fechner în 1831, generalizată în 1851 de Rudolf Kohlrausch

(180E--1858) asupra conductoarelor lichide, iar apoi confirmată încă o dată de experimentele atente ale lui Gustav Niedmann (1826--1899).

5. Măsurători electrice

Becquerel a folosit un galvanometru diferenţial pentru a compara rezistenţele electrice. Pe baza cercetărilor sale, el a formulat binecunoscuta lege a dependenței rezistenței unui conductor de lungimea și secțiunea sa transversală. Aceste lucrări au fost continuate de Pouillet și descrise de el în edițiile ulterioare ale celebrului său „Elements de

physique experimentale” („Fundamentele fizicii experimentale”), a cărei prima ediție a apărut în 1827. Rezistențele au fost determinate prin metoda comparației.

Deja în 1825, Marianini arăta că în circuitele de ramificare curentul electric este distribuit pe toți conductorii, indiferent din ce material sunt alcătuiți, contrar afirmației lui Volta, care credea că dacă o ramură a circuitului este formată dintr-un conductor metalic. iar restul prin lichid, atunci tot curentul trebuie să treacă prin conductorul metalic. Arago și Pouillet au popularizat observațiile lui Marianini în Franța. Necunoscând încă legea lui Ohm, Pouillet a folosit în 1837 aceste observații și legile lui Becquerel pentru a arăta că conductivitatea unui circuit echivalent cu două

circuite ramificate este egală cu suma conductivităților ambelor circuite. Cu această lucrare, Pouillet a pus bazele studiului lanțurilor ramificate. Pouillet a stabilit o serie de termeni pentru ei,

care sunt încă în viață și unele legi speciale generalizate de Kirchhoff în 1845 în celebrele sale „principii”.

Cel mai mare impuls pentru măsurătorile electrice, și în special pentru măsurarea rezistenței, a fost dat de nevoile crescute ale tehnologiei și, în primul rând, de problemele apărute odată cu apariția telegrafului electric. Ideea de a folosi electricitatea pentru a transmite semnale la distanță a apărut pentru prima dată în secolul al XVIII-lea. Volta a descris proiectul telegrafic, iar Ampere, în 1820, a propus utilizarea fenomenelor electromagnetice pentru a transmite semnale. Ideea lui Ampere a fost preluată de mulți oameni de știință și tehnicieni: în 1833, Gauss și Weber au construit o linie telegrafică simplă în Göttingen, care leagă un observator astronomic și un laborator fizic. Dar telegraful a primit aplicare practică datorită americanului Samuel Morse (1791-1872), care în 1832 a venit cu ideea de succes de a crea un alfabet telegrafic format din doar două caractere. După numeroase încercări, Morse a reușit în sfârșit să construiască în mod privat primul model brut de telegraf la Universitatea din New York în 1835. În 1839 un experiment

linia dintre Washington și Baltimore, iar în 1844 a apărut prima companie americană de exploatare comercială a noii invenții, organizată de Morse. A fost și prima aplicare practică a rezultatelor cercetării științifice în domeniul energiei electrice.

În Anglia, Charles Wheatstone (1802-1875), fost maestru al instrumentelor muzicale, a început să studieze și să perfecționeze telegraful. Înțelegerea importanței

măsurători de rezistență, Wheatstone a început să caute cele mai simple și mai precise metode pentru astfel de măsurători. Metoda de comparație folosită la acea vreme, după cum am văzut, a dat rezultate nesigure, în principal din cauza lipsei surselor de alimentare stabile. Deja în 1840, Wheatstone a găsit o modalitate de a măsura rezistența indiferent de constanța forței electromotoare și i-a arătat dispozitivul lui Jacobi. Cu toate acestea, articolul în care este descris acest dispozitiv și care poate fi bine numit prima lucrare în domeniul ingineriei electrice, a apărut abia în 1843. Acest articol descrie faimosul „pod”, numit atunci după Wheatstone. De fapt, un astfel de dispozitiv a fost descris -

înapoi în 1833 de Gunther Christie și independent în 1840 de Marianini; Amândoi au propus o metodă de reducere la zero, dar explicațiile lor teoretice, care nu țineau cont de legea lui Ohm, lăsau de dorit.

Wheatstone era un admirator al lui Ohm și îi cunoștea foarte bine legea, așa că teoria sa despre „punte Wheatstone” nu este diferită de ceea ce este dat acum în manuale. În plus, Wheatstone, pentru a schimba rapid și convenabil rezistența unei laturi a podului pentru a obține curent zero în galvanometrul inclus în brațul diagonal al podului, a proiectat trei tipuri de reostate (cuvântul în sine a fost propus de el

analogie cu „reoforul” introdus de Ampere, în imitarea căruia Peclet a introdus și termenul de „reometru”). Primul tip de reostat cu suport mobil, care este folosit și astăzi, a fost creat de Wheatstone prin analogie cu un dispozitiv similar folosit de Jacobi în 1841. Al doilea tip de reostat avea forma unui cilindru de lemn, în jurul căruia era înfășurat un parte dintr-un fir conectat la un circuit, care a fost ușor derulat din cilindrul de lemn în bronz. Al treilea tip de reostat era similar cu „magazinul de rezistență” pe care Ernst

Werner Siemens (1816-1892), om de știință și industriaș, îmbunătățit și răspândit pe scară largă în 1860. „Podul Wheatstone” a făcut posibilă măsurarea forțelor și rezistenței electromotoare.

Crearea unui telegraf subacvatic, poate chiar mai mult decât telegraful aerian, a necesitat dezvoltarea unor metode de măsurare electrică. Experimentele cu telegrafele subacvatice au început încă din 1837, iar una dintre primele probleme care trebuia rezolvată a fost determinarea vitezei de propagare a curentului. În 1834, Wheatstone, folosind oglinzi rotative, despre care am menționat deja în capitolul. 8, a făcut primele măsurători ale acestei viteze, dar rezultatele sale au contrazis rezultatele lui Latimer Clark, iar acesta din urmă, la rândul său, nu a corespuns cu studiile ulterioare ale altor oameni de știință.

În 1855, William Thomson (care a primit mai târziu titlul de Lord Kelvin) a explicat motivul tuturor acestor discrepanțe. Potrivit lui Thomson, viteza curentului într-un conductor nu are o valoare definită. Așa cum viteza de propagare a căldurii într-o tijă depinde de material, la fel și viteza curentului într-un conductor depinde de produsul rezistenței sale și capacității electrice. Urmând această teorie a lui, care la vremea lui

a fost supus unor critici acerbe, Thomson a abordat problemele asociate cu telegrafia subacvatică.

Primul cablu transatlantic care a făcut legătura între Anglia și America a funcționat aproximativ o lună, dar apoi s-a stricat. Thomson a calculat noul cablu, a efectuat numeroase măsurători de rezistență și capacitate și a venit cu noi dispozitive de transmisie, dintre care trebuie menționat galvanometrul reflectorizant astatic, înlocuit cu un „recorder cu sifon” din propria invenție. În cele din urmă, în 1866, noul cablu transatlantic a intrat cu succes în exploatare. Crearea acestei prime mari structuri de inginerie electrică a fost însoțită de dezvoltarea unui sistem de unități de măsură electrice și magnetice.

Baza metricii electromagnetice a fost pusă de Carl Friedrich Gauss (1777-1855) în celebrul său articol „Intensitas vis magneticae terrestris ad mensuram absolutam revocata” („Mărimea forței magnetismului terestru în măsuri absolute”), publicat în 1832. Gauss a remarcat că diferite unități magnetice de măsură nu sunt comparabile între ele

el însuși, cel puțin în cea mai mare parte, și, prin urmare, a propus un sistem de unități absolute bazat pe cele trei unități de bază ale mecanicii: a doua (unitatea de timp), milimetrul (unitatea de lungime) și miligramul (unitatea de masă). Prin ele a exprimat toate celelalte unități fizice și a inventat o serie de instrumente de măsură, în special un magnetometru pentru măsurarea magnetismului pământului în unități absolute. Lucrarea lui Gauss a fost continuată de Weber, care a construit multe dintre propriile sale instrumente și instrumente concepute de Gauss. Treptat, mai ales datorită muncii lui Maxwell, desfășurate în cadrul comisiei speciale de măsurători create de Asociația Britanică, care a publicat rapoarte anuale din 1861 până în 1867, a apărut ideea de a crea sisteme unificate de măsuri, în special un sistem de electromagnetice și măsuri electrostatice.

Ideea creării unor astfel de sisteme absolute de unități a fost detaliată în raportul istoric din 1873 de către Comisia a doua a Asociației Britanice. Convocat la Paris în 1881, Congresul Internațional a stabilit pentru prima dată unități internaționale de măsură, dându-le fiecăruia un nume în onoarea unui mare fizician. Cele mai multe dintre aceste nume rămân încă: volt, ohm, amperi, joule etc. După

multe răsturnări, Sistemul Internațional Georgie, sau MKSQ, a fost introdus în 1935, care ia ca unități de bază metrul, kilogramul-masă, secunda și ohmul.

Asociate cu „sisteme” de unități sunt „formule dimensionale”, utilizate pentru prima dată de Fourier în teoria sa analitică a căldurii (1822) și diseminate de Maxwell, care a stabilit notația folosită în ele. Metrologia secolului trecut, bazată pe dorința de a explica toate fenomenele cu ajutorul modelelor mecanice, a acordat o mare importanță formulelor dimensionale, pe care dorea să le vadă ca nici mai mult nici mai puțin decât cheia secretelor naturii. În același timp, au fost înaintate o serie de afirmații de natură aproape dogmatică. Astfel, era aproape o dogmă obligatorie că trebuie să existe trei cantități de bază. Dar până la sfârșitul secolului au început să înțeleagă că formulele dimensionale sunt pur convenționale, drept urmare interesul pentru teoriile dimensionale a început să scadă treptat.

Concluzie

Profesorul de fizică la Universitatea din München E. Lommel a vorbit bine despre semnificația cercetării lui Ohm la deschiderea unui monument pentru om de știință în 1895:

„Descoperirea lui Ohm a fost o torță strălucitoare care a luminat zona de electricitate care fusese anterior învăluită în întuneric. Ohm a arătat singura cale corectă prin pădurea impenetrabilă a faptelor de neînțeles. Succesele remarcabile în dezvoltarea ingineriei electrice, pe care le-am avut observat cu uimire în ultimele decenii, nu a putut fi realizat decât „Pe baza descoperirii lui Ohm. Numai el este capabil să domine și să controleze forțele naturii, care poate dezlega legile naturii, Ohm a smuls naturii secretul pe care îl ascunsese pentru atât de mult și a predat-o contemporanilor săi”.

Lista surselor utilizate

Dorfman Ya. G. Istoria mondială a fizicii. M., 1979 Ohm G. Determinarea legii conform căreia metalele conduc electricitatea de contact. - În cartea: Clasici ale științei fizice. M., 1989

Enciclopedie O sută de oameni. Care a schimbat lumea. Ohm.

Prohorov A.M. Dicționar enciclopedic fizic, M., 1983

Orir J. Fizică, vol. 2. M., 1981

Giancoli D. Fizică, vol. 2. M., 1989

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

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

Postat pe Allbest.ru

Documente similare

Istoria descoperirii de către Isaac Newton a „Legii gravitației universale”, evenimentele premergătoare acestei descoperiri. Esența și limitele de aplicare a legii. Formularea legilor lui Kepler și aplicarea lor la mișcarea planetelor, a sateliților lor naturali și artificiali.

prezentare, adaugat 25.07.2010


Studiul mișcării unui corp sub influența unei forțe constante. Ecuația oscilatorului armonic. Descrierea oscilației unui pendul matematic. Mișcarea planetelor în jurul Soarelui. Rezolvarea unei ecuații diferențiale. Aplicarea legii lui Kepler, a doua lege a lui Newton.

rezumat, adăugat 24.08.2015


Istoria descoperirii legii gravitației universale. Johannes Kepler ca unul dintre descoperitorii legii mișcării planetare în jurul soarelui. Esența și caracteristicile experimentului Cavendish. Analiza teoriei forței de atracție reciprocă. Limitele de bază de aplicabilitate ale legii.

prezentare, adaugat 29.03.2011


Studierea „Legii lui Arhimede”, efectuarea de experimente pentru determinarea forței arhimedeene. Derivarea formulelor pentru găsirea masei fluidului deplasat și calcularea densității. Aplicarea „Legii lui Arhimede” pentru lichide și gaze. Dezvoltarea metodologică a unei lecții pe această temă.

note de lecție, adăugate 27.09.2010


Informații biografice despre Newton - marele fizician, matematician și astronom englez, lucrările sale. Cercetări și descoperiri ale unui om de știință, experimente în optică și teoria culorilor. Prima derivație a lui Newton a vitezei sunetului într-un gaz, bazată pe legea Boyle-Mariotte.

prezentare, adaugat 26.08.2015


Studierea cauzei anomaliei magnetice. Metode de determinare a componentei orizontale a intensității câmpului magnetic al Pământului. Aplicarea legii Biot-Savart-Laplace. Determinarea motivului pentru rotirea săgeții după aplicarea tensiunii la bobina tangentă-galvanometru.

test, adaugat 25.06.2015


Descrierea legilor de bază ale lui Newton. Caracteristicile primei legi privind menținerea unei stări de repaus sau a mișcării uniforme de către un corp sub acțiunile compensate ale altor corpuri asupra acestuia. Principiile legii accelerației corpului. Caracteristicile sistemelor de referință inerțiale.

prezentare, adaugat 16.12.2014


Legile lui Kepler ale mișcării planetare, scurta lor descriere. Istoria descoperirii Legii gravitației universale de I. Newton. Încercările de a crea un model al Universului. Mișcarea corpurilor sub influența gravitației. Forțele gravitaționale de atracție. Sateliți artificiali ai Pământului.

rezumat, adăugat 25.07.2010


Verificarea validității relațiilor la conectarea rezistențelor în paralel și prima lege a lui Kirchhoff. Caracteristici ale impedanței receptorului. Metodă de calcul a tensiunii și a curentului pentru diverse conexiuni. Esența legii lui Ohm pentru o secțiune și pentru întregul circuit.

munca de laborator, adaugat 01.12.2010


Interacțiuni fundamentale în natură. Interacțiunea sarcinilor electrice. Proprietățile sarcinii electrice. Legea conservării sarcinii electrice. Formularea legii lui Coulomb. Forma vectorială și semnificația fizică a legii lui Coulomb. Principiul suprapunerii.

Care este legea lui Ohm pentru un circuit complet? Deci, aceasta este o formulă în care conexiunea dintre principalii parametri ai unui circuit electric este clar vizibilă: curent, tensiune și rezistență. Pentru a înțelege esența legii, să înțelegem mai întâi câteva concepte.

Cum se numeste un circuit electric?

Un circuit electric este o cale într-un circuit electric prin care circulă sarcini (elemente electrice, fire și alte dispozitive). Desigur, începutul său este considerat a fi sursa de energie. Sub influența unui câmp electromagnetic, a fenomenelor fotonice sau a proceselor chimice, sarcinile electrice tind să se deplaseze la terminalul opus acestei surse de energie.

Ce este curentul electric?

Mișcarea direcționată a particulelor încărcate atunci când sunt expuse la un câmp electric sau la alte forțe externe se numește curent electric. Direcția sa este determinată de direcția protonilor (sarcini pozitive). Curentul va fi constant dacă nici puterea, nici direcția nu s-au schimbat în timp.

Istoria legii lui Ohm

Când a efectuat experimente cu un conductor, fizicianul Georg Ohm a reușit să stabilească că puterea curentului este proporțională cu tensiunea aplicată la capete:

I / sim U sau I = G / U,

unde G este conductivitatea electrică, iar valoarea R = 1 / G este rezistența electrică a conductorului. Această descoperire a fost făcută de celebrul fizician german în 1827.

legile lui Ohm

Pentru un circuit complet, definiția va fi următoarea: puterea curentului în circuitul electric este egală cu raportul dintre forța electromotoare (denumită în continuare EMF) a sursei și suma rezistențelor:

I = E / (R + r),

unde R este rezistența circuitului extern și r este rezistența internă.Destul de des, formularea legii provoacă dificultăți, deoarece nu toată lumea este familiarizată cu conceptul de EMF, diferența sa față de tensiune, nu toată lumea știe ce înseamnă și de unde vine rezistența internă. Acesta este motivul pentru care sunt necesare explicații, deoarece legea lui Ohm pentru un circuit complet are o semnificație profundă.

Formularea legii pentru secțiunea de lanț poate fi numită transparentă. Ideea este că nu este nevoie de o explicație suplimentară pentru a înțelege: curentul din circuit este direct proporțional cu tensiunea și invers proporțional cu rezistența:

Sens

Legea lui Ohm pentru un circuit complet este strâns legată de legea conservării energiei. Să presupunem că sursa de curent nu are rezistență internă. Ce ar trebui să se întâmple în acest caz? Se pare că, dacă nu ar exista rezistență, atunci un curent mai mare ar fi dat circuitului extern și, în consecință, puterea ar fi mai mare.

Acum este timpul să înțelegem conceptul de forță electromotoare. Această valoare reprezintă diferența dintre potențialele electrice de la bornele sursei, dar numai fără sarcină. Să luăm ca exemplu presiunea apei dintr-un rezervor ridicat. Nivelul apei va rămâne pe loc până când începe să fie consumat. Când deschideți robinetul, nivelul lichidului va scădea deoarece nu există pompare. Când apa intră într-o țeavă, aceasta se confruntă cu rezistență și același lucru se întâmplă cu sarcinile electrice din fir.

În absența sarcinilor, bornele sunt într-o stare deschisă, se dovedește că EMF și tensiunea sunt aceleași ca mărime. Dacă, de exemplu, aprindem un bec, circuitul se va închide, iar forța electromotoare va crea o tensiune în el, efectuând o muncă utilă. O parte din energie va fi disipată din cauza rezistenței interne (aceasta se numește pierderi).

Dacă rezistența consumatorului este mai mică decât rezistența internă, atunci este eliberată mai multă putere la sursa de curent. Și apoi EMF din circuitul extern scade și o parte semnificativă a energiei se pierde la rezistența internă. Esența legilor de conservare este că natura nu poate lua mai mult decât oferă.

Esența rezistenței interne este bine cunoscută de locuitorii apartamentelor din epoca Hrușciov, ale căror apartamente au aer condiționat, dar vechiul cablaj nu a fost niciodată înlocuit. Contorul electric se rotește cu o viteză vertiginoasă, priza și peretele se încălzesc în locurile pe unde trec vechile fire de aluminiu, drept urmare aparatul de aer condiționat abia răcește aerul din cameră.

Natura r

„Full Ohm” (cum obișnuiesc electricienii să numească legea) este prost înțeles, deoarece rezistența internă a sursei, de regulă, nu este de natură electrică. Să ne uităm la asta folosind exemplul unei baterii cu sare. Se știe că o baterie electrică este formată din mai multe elemente, dar vom lua în considerare doar unul. Deci, avem o baterie Krona gata făcută, formată din 7 elemente conectate în serie.

Cum se generează curentul? Într-un vas cu un electrolit plasăm o tijă de carbon într-o carcasă de mangan, constând din electrozi pozitivi sau anozi. În acest exemplu particular, tija de carbon acționează ca un colector de curent. Metalul zinc este alcătuit din electrozi negativi (catozi). Bateriile cumpărate din magazin conțin de obicei electrolit gel. Lichidul este folosit foarte rar. O cană de zinc cu electrolit și anozi acționează ca un electrod negativ.

Se pare că secretul bateriei constă în faptul că potențialul electric al manganului nu este la fel de mare ca cel al zincului. Prin urmare, electronii sunt atrași de catod și acesta, la rândul său, respinge ionii de zinc încărcați pozitiv către anod. Ca rezultat, catodul este consumat treptat. Poate că toată lumea știe că, dacă o baterie descărcată nu este înlocuită în timp util, se poate scurge. Cu ce ​​este legat asta? Totul este foarte simplu: electrolitul va începe să curgă prin cupa deconectată.

Pe măsură ce sarcinile se deplasează pe tija de carbon, sarcinile pozitive se acumulează în învelișul de mangan, în timp ce sarcinile negative se acumulează pe zinc. De aceea se numesc anod și catod, dar interiorul bateriilor arată diferit. Diferența dintre sarcini va crea o forță electromotoare, sarcinile se vor opri în mișcare în electrolit atunci când diferența de potențial din materialul electrodului este egală cu valoarea emf, iar forțele de atracție sunt egale cu forțele de respingere.

Să închidem acum circuitul: pentru a face acest lucru, trebuie doar să conectați becul la baterie. Trecând printr-o sursă de lumină artificială, încărcările se vor întoarce fiecare la locul lor („acasă”), iar becul se va aprinde. În interiorul bateriei, mișcarea electronilor și ionilor va începe din nou, deoarece sarcinile s-au stins și a reapărut o forță atractivă sau respingătoare.

De fapt, bateria produce curent, motiv pentru care becul se aprinde, acest lucru se întâmplă din cauza consumului de zinc, care în acest proces este transformat în alți compuși chimici. Pentru a extrage zinc pur, conform legii conservării energiei, este necesar să îl cheltuiți, dar nu sub formă electrică (exact aceeași cantitate cu care s-a dat becului).

Acum putem înțelege în sfârșit natura rezistenței interne a sursei. Într-o baterie, acesta este un obstacol în calea mișcării ionilor mari. Mișcarea electronilor fără ioni este imposibilă deoarece nu există o forță atractivă.

La generatoarele industriale, r apare nu numai din cauza rezistenței electrice a înfășurărilor, ci și din motive externe. Deci, de exemplu, în centralele hidroelectrice valoarea cantității depinde de randamentul turbinei, de rezistența curgerii apei în conductă, precum și de pierderile în transmisia mecanică. În plus, temperatura apei și felul în care este nămolată au o anumită influență.

Curent alternativ

Ne-am uitat deja la legea lui Ohm pentru întregul circuit DC. Cum se va schimba formula cu curentul alternativ? Înainte să ne dăm seama, să caracterizăm conceptul în sine. Curentul alternativ este mișcarea particulelor încărcate electric, a căror direcție și valoare se modifică în timp. Spre deosebire de rezistența constantă, aceasta este însoțită de factori suplimentari care generează un nou tip de rezistență (reactivă). Este caracteristica condensatoarelor și inductorilor.

Legea lui Ohm pentru un circuit complet pentru curent alternativ este:

unde Z este o rezistență complexă formată din cele active și reactive.

Nu e tot rău

Legea lui Ohm pentru un circuit complet, pe lângă faptul că indică pierderile de energie, sugerează și modalități de a le elimina. Electricienii obișnuiți folosesc rar formula pentru a găsi rezistență complexă atunci când există capacități sau inductanțe într-un circuit. În cele mai multe cazuri, curentul este măsurat folosind cleme sau un tester special. Și când tensiunea este cunoscută, rezistența complexă poate fi calculată cu ușurință (dacă acest lucru este cu adevărat necesar).

Puterea curentului într-o secțiune a unui circuit este direct proporțională cu tensiunea și invers proporțională cu rezistența electrică a unei anumite secțiuni a circuitului.

Legea lui Ohm este scrisă astfel:

Unde: I - curent (A), U - tensiune (V), R - rezistență (Ohm).

Trebuie avut în vedere faptul că Legea lui Ohm este fundamentală(de bază) și poate fi aplicat oricărui sistem fizic în care există fluxuri de particule sau câmpuri care înving rezistența. Poate fi folosit pentru a calcula fluxurile hidraulice, pneumatice, magnetice, electrice, luminoase și de căldură.

Legea lui Ohm definește relația dintre trei mărimi fundamentale: curent, tensiune și rezistență. El afirmă că curentul este direct proporțional cu tensiunea și invers proporțional cu rezistența.

Curentul circulă dintr-un punct cu un exces de electroni către un punct cu o deficiență de electroni. Calea urmată de curent se numește circuit electric. Toate circuitele electrice constau din sursa actuala, încărcăturiȘi conductoare. Sursa de curent oferă diferența de potențial, care permite curgerea curentului. Sursa de alimentare poate fi o baterie, un generator sau un alt dispozitiv. Sarcina rezista la fluxul de curent. Această rezistență poate fi mare sau scăzută, în funcție de scopul circuitului. Curentul dintr-un circuit trece prin conductori de la sursă la sarcină. Conductorul trebuie să cedeze cu ușurință electronii. Majoritatea conductorilor folosesc cupru.

Calea curentului electric către o sarcină poate trece prin trei tipuri de circuite: circuit în serie, circuit paralel sau circuit serie-paralel.Curentul de electroni dintr-un circuit electric circulă de la borna negativă a sursei de curent, prin sarcină către borna pozitivă a sursei de curent.

Atâta timp cât această cale nu este întreruptă, circuitul este închis și curentul curge.

Cu toate acestea, dacă calea este întreruptă, circuitul va deveni deschis și curentul nu va putea circula prin el.

Curentul dintr-un circuit electric poate fi modificat prin modificarea fie a tensiunii aplicate, fie a rezistenței circuitului. Curentul se modifică în aceleași proporții ca și tensiunea sau rezistența. Dacă tensiunea crește, atunci crește și curentul. Dacă tensiunea scade, scade și curentul. Pe de altă parte, dacă rezistența crește, atunci curentul scade. Dacă rezistența scade, curentul crește. Această relație dintre tensiune, curent și rezistență se numește legea lui Ohm.

Legea lui Ohm spune că curentul dintr-un circuit (în serie, paralel sau serie-paralel) este direct proporțional cu tensiunea și invers proporțional cu rezistența

Când determinați cantități necunoscute într-un circuit, urmați aceste reguli:

1. Desenați o schemă de circuit și etichetați toate mărimile cunoscute.
2. Efectuați calcule pentru circuite echivalente și redesenați circuitul.
3. Calculați cantitățile necunoscute.

Rețineți: legea lui Ohm este valabilă pentru orice parte a circuitului și poate fi aplicată în orice moment. Același curent circulă printr-un circuit în serie și aceeași tensiune este aplicată oricărei ramuri a unui circuit paralel.

Istoria legii lui Ohm

Georg Ohm, efectuând experimente cu un conductor, a descoperit că puterea curentului într-un conductor este proporțională cu tensiunea aplicată la capete. Coeficientul de proporționalitate se numește conductivitate electrică, iar valoarea se numește de obicei rezistența electrică a conductorului. Legea lui Ohm a fost descoperită în 1826.

Mai jos sunt animații ale circuitelor care ilustrează legea lui Ohm. Rețineți că (în prima imagine) ampermetrul (A) este ideal și are rezistență zero.

Această animație arată cum se modifică curentul dintr-un circuit atunci când se modifică tensiunea aplicată.

Următoarea animație arată cum se modifică curentul dintr-un circuit pe măsură ce se schimbă rezistența.

În natură, există două tipuri principale de materiale, conductoare și neconductoare (dielectrice). Aceste materiale diferă în prezența condițiilor de mișcare a curentului electric (electroni) în ele.

Conductorii electrici sunt fabricați din materiale conductoare (cupru, aluminiu, grafit și multe altele), în care electronii nu sunt legați și se pot mișca liber.

În dielectrici, electronii sunt strâns legați de atomi, astfel încât curentul nu poate circula în ei. Ele sunt folosite pentru a face izolații pentru fire și părți ale aparatelor electrice.

Pentru ca electronii să înceapă să se miște într-un conductor (curent trece printr-o secțiune a circuitului), ei trebuie să creeze condiții. Pentru a face acest lucru, trebuie să existe un exces de electroni la începutul secțiunii lanțului și o deficiență la sfârșit. Pentru a crea astfel de condiții, se folosesc surse de tensiune - acumulatori, baterii, centrale electrice.

În 1827 Georg Simon Ohm a descoperit legea curentului electric. Legea și unitatea de măsură a rezistenței au fost numite după el. Sensul legii este următorul.

Cu cât conducta este mai groasă și presiunea apei în alimentarea cu apă este mai mare (cu cât diametrul conductei crește, rezistența la apă scade) - cu atât va curge mai multă apă. Dacă ne imaginăm că apa este electroni (curent electric), atunci cu cât firul este mai gros și cu atât tensiunea este mai mare (cu cât secțiunea transversală a firului crește, rezistența curentului scade) - cu atât curentul va curge mai mare prin secțiunea circuitului.

Curentul care circulă printr-un circuit electric este direct proporțional cu tensiunea aplicată și invers proporțional cu valoarea rezistenței circuitului.

Unde eu– puterea curentului, măsurată în amperi și indicată prin literă A; U ÎN; R– rezistență, măsurată în ohmi și desemnată Ohm.

Dacă se cunoaşte tensiunea de alimentare Uși rezistența aparatului electric R, apoi folosind formula de mai sus, folosind un calculator online, este ușor să determinați puterea curentului care curge prin circuit eu.

Folosind legea lui Ohm, se calculează parametrii electrici ai cablurilor electrice, elementelor de încălzire și a tuturor elementelor radio ale echipamentelor electronice moderne, fie că este vorba despre un computer, un televizor sau un telefon mobil.

Aplicarea în practică a legii lui Ohm

În practică, este adesea necesar să se determine nu puterea curentă eu, și valoarea rezistenței R. Transformând formula Legii lui Ohm, puteți calcula valoarea rezistenței R, cunoscând curentul care curge euși valoarea tensiunii U.

Valoarea rezistenței poate fi necesar să fie calculată, de exemplu, atunci când se realizează un bloc de sarcină pentru a testa o sursă de alimentare a computerului. De obicei, există o etichetă pe carcasa sursei de alimentare a computerului care listează curentul maxim de sarcină pentru fiecare tensiune. Este suficient să introduceți valorile date de tensiune și curentul maxim de sarcină în câmpurile calculatorului și, în urma calculului, obținem valoarea rezistenței de sarcină pentru o anumită tensiune. De exemplu, pentru o tensiune de +5 V la un curent maxim de 20 A, rezistența de sarcină va fi de 0,25 Ohm.

Formula Legii Joule-Lenz

Am calculat valoarea rezistorului pentru realizarea unui bloc de sarcină pentru sursa de alimentare a computerului, dar încă trebuie să stabilim ce putere ar trebui să aibă rezistorul? O altă lege a fizicii va ajuta aici, care a fost descoperită simultan de doi fizicieni independent unul de celălalt. În 1841 James Joule, iar în 1842 Emil Lenz. Această lege a fost numită după ei - Legea Joule-Lenz.

Puterea consumată de sarcină este direct proporțională cu tensiunea aplicată și curentul care curge. Cu alte cuvinte, atunci când tensiunea și curentul se schimbă, consumul de energie se va schimba proporțional.

Unde P– putere, măsurată în wați și desemnată W; U– tensiune, măsurată în volți și notată cu literă ÎN; eu– puterea curentului, măsurată în amperi și notată cu literă A.

Cunoscând tensiunea de alimentare și curentul consumat de un aparat electric, puteți folosi o formulă pentru a determina câtă energie consumă. Doar introduceți datele în casetele de mai jos în calculatorul online.

Legea Joule-Lenz vă permite, de asemenea, să aflați curentul consumat de un aparat electric cunoscând puterea și tensiunea de alimentare a acestuia. Cantitatea de curent consumată este necesară, de exemplu, pentru a selecta secțiunea transversală a firului la așezarea cablurilor electrice sau pentru a calcula valoarea nominală.

De exemplu, să calculăm consumul curent al unei mașini de spălat. Conform pașaportului, consumul de energie este de 2200 W, tensiunea în rețeaua electrică de uz casnic este de 220 V. Înlocuim datele în ferestrele calculatorului, constatăm că mașina de spălat consumă un curent de 10 A.

Un alt exemplu: decideți să instalați un far suplimentar sau un amplificator de sunet în mașină. Cunoscând puterea consumată a aparatului electric instalat, este ușor să calculați consumul de curent și să selectați secțiunea corectă a firului pentru conectarea la cablajul electric al vehiculului. Să presupunem că un far suplimentar consumă o putere de 100 W (puterea becului instalat în far), tensiunea de bord a rețelei auto este de 12 V. Înlocuim valorile de putere și tensiune în ferestrele calculatorului, constatăm că curentul consumat va fi de 8,33 A.

După ce ați înțeles doar două formule simple, puteți calcula cu ușurință curenții care curg prin fire, consumul de energie al oricăror aparate electrice - veți începe practic să înțelegeți elementele de bază ale ingineriei electrice.

Formule convertite ale Legii lui Ohm și Joule-Lenz

Am dat peste o imagine pe Internet sub forma unei tablete rotunde, în care sunt plasate cu succes formulele Legii lui Ohm și Legea lui Joule-Lenz și opțiunile de transformare matematică a formulelor. Placa reprezintă patru sectoare care nu au legătură între ele și este foarte convenabilă pentru utilizare practică

Folosind tabelul, este ușor să selectați o formulă pentru calcularea parametrului necesar al circuitului electric folosind alte două cunoscute. De exemplu, trebuie să determinați consumul de curent al unui produs pe baza puterii și tensiunii cunoscute a rețelei de alimentare. Privind tabelul din sectorul curent, vedem că formula I=P/U este potrivită pentru calcul.

Și dacă trebuie să determinați tensiunea de alimentare U pe baza consumului de energie P și a curentului I, atunci puteți utiliza formula sectorului din stânga jos, formula U=P/I va fi potrivită.

Mărimile substituite în formule trebuie exprimate în amperi, volți, wați sau ohmi.