Për qark elektrik Mënyrat më tipike janë ngarkesa, boshe dhe qark i shkurtër.
Modaliteti i ngarkimit. Le të shqyrtojmë funksionimin e një qarku elektrik kur lidhni me një burim çdo marrës me një rezistencë R (rezistencë, llambë elektrike dhe kështu me radhë.).
Bazuar në e. d.s. burimi është i barabartë me shumën e tensioneve IR në seksionin e jashtëm të qarkut dhe IR0 në:
Duke marrë parasysh që tensioni U dhe në terminalet e burimit është i barabartë me rënien e tensionit IR në qarkun e jashtëm, marrim:
Kjo formulë tregon se e. d.s. burimi është më i madh se tensioni në terminalet e tij për nga vlera e rënies së tensionit brenda burimit. Rënia e tensionit IR0 brenda burimit varet nga rryma në qarkun I (rryma e ngarkesës), e cila përcaktohet nga rezistenca R e marrësit. Sa më e lartë të jetë rryma e ngarkesës, aq më i ulët është voltazhi në terminalet e burimit:
Rënia e tensionit në burim varet gjithashtu nga rezistenca e brendshme R0. Varësia e tensionit Ui nga rryma I përshkruhet me një vijë të drejtë (Fig. 1). Kjo varësi quhet karakteristikë e jashtme e burimit.
Shembulli 1. Përcaktoni tensionin në terminalet e gjeneratorit në një rrymë ngarkese prej 1200 A, nëse e. d.s. është e barabartë me 640 V, dhe rezistenca e brendshme është 0.1 Ohm.
Zgjidhje. Rënia e tensionit në rezistencën e brendshme të gjeneratorit
Tensioni i terminalit të gjeneratorit
Nga të gjitha kushtet e mundshme të ngarkesës, më e rëndësishmja është ajo nominale. Nominal është mënyra e funksionimit e vendosur nga prodhuesi për një pajisje elektrike të caktuar në përputhje me kërkesat për të. kërkesa teknike. Karakterizohet nga tensioni nominal, rryma (pika H në Fig. 1) dhe fuqia. Këto vlera zakonisht tregohen në pasaportën e kësaj pajisjeje.
Nga tension nominal Cilësia e izolimit elektrik të instalimeve elektrike varet nga rryma e vlerësuar, e cila përcakton zonën e seksionit kryq të përçuesve, rezistencën ndaj nxehtësisë së izolimit të përdorur dhe intensitetin e ftohjes së instalimit. Tejkalimi i rrymës së vlerësuar për një kohë të gjatë mund të çojë në dështimin e instalimit.
Oriz. 1. Karakteristikat e jashtme burimi
Modaliteti i papunë. Në këtë mënyrë, qarku elektrik i lidhur me burimin është i hapur, d.m.th. nuk ka rrymë në qark. Në këtë rast, rënia e brendshme e tensionit IR0 do të jetë zero
Kështu, në gjendje boshe, voltazhi në terminalet e burimit të energjisë elektrike është i barabartë me e. d.s.(pika X në Fig. 1). Kjo rrethanë mund të përdoret për të matur e. d.s. burimet e energjisë elektrike.
Modaliteti i qarkut të shkurtër. Ata e quajnë këtë mënyrë funksionimi të burimit kur terminalet e tij mbyllen nga një përcjellës, rezistenca e të cilit mund të konsiderohet e barabartë me zero. Praktikisht qark i shkurtër ndodh kur telat që lidhin burimin me marrësin lidhen me njëri-tjetrin, pasi këto tela zakonisht kanë rezistencë të parëndësishme dhe mund të merret e barabartë me zero.
Si rezultat, mund të ndodhë një qark i shkurtër veprime të gabuara personeli që shërben për instalimet elektrike, ose nëse izolimi i telit është i dëmtuar. NË rastin e fundit këto tela mund të lidhen përmes tokës, e cila ka një rezistencë shumë të ulët, ose përmes pjesëve metalike përreth (gëzhojat e makinave dhe pajisjeve elektrike, elementet e trupit të lokomotivës, etj.).
Rryma e qarkut të shkurtër
Për shkak të faktit se rezistenca e brendshme e burimit R0 është zakonisht shumë e vogël, rryma që kalon nëpër të rritet në mjaft vlera të mëdha. Tensioni në pikën e qarkut të shkurtër bëhet i barabartë me zero (pika K në Fig. 1), d.m.th., asnjë energji elektrike nuk do të rrjedhë në seksionin e qarkut elektrik që ndodhet prapa qarkut të shkurtër.
Shembulli 2. Përcaktoni rrymën e lidhjes së shkurtër të gjeneratorit nëse e. d.s. e barabartë me 640 V dhe rezistencë e brendshme 0.1 Ohm.
Zgjidhje.
Sipas formulës
Qarku i shkurtër është mënyra emergjente, që nga rezultati rrymë e lartë mund të bëjë të papërdorshëm si vetë burimin ashtu edhe pajisjet, pajisjet dhe telat e përfshirë në qark. Vetëm për disa gjeneratorë të veçantë, siç janë ato të saldimit, një qark i shkurtër nuk është i rrezikshëm dhe është një mënyrë funksionimi.
Në një qark elektrik, rryma rrjedh gjithmonë nga pikat në qark që janë në një potencial më të lartë në pikat që janë në një potencial më të ulët. Nëse ndonjë pikë në qark është e lidhur me tokën, atëherë potenciali i saj supozohet të jetë zero. Në këtë rast, potencialet e të gjitha pikave të tjera në qark do të jenë të barabarta me tensionet që veprojnë midis këtyre pikave dhe tokës.
Ndërsa i afroheni një pike të tokëzuar, potencialet e pikave të ndryshme në qark, domethënë tensionet që veprojnë midis këtyre pikave dhe tokës, zvogëlohen. Për këtë arsye, mbështjelljet e eksitimit të motorëve tërheqës dhe makinave ndihmëse, në të cilat mund të ndodhin mbitensione të mëdha gjatë ndryshimeve të papritura të rrymës, përpiqen të përfshihen në qarkun e fuqisë më afër "tokës" (prapa mbështjelljes së armaturës).
Në këtë rast, izolimi i këtyre mbështjelljeve do t'i nënshtrohet më pak tensionit sesa nëse ato do të ndizeshin më afër rrjeti i kontaktit në lokomotiva elektrike rrymë e vazhdueshme ose te shtylla e pa tokëzuar e instalimit të ndreqësit në lokomotivat elektrike rrymë alternative(d.m.th. do të ishte në një potencial më të lartë). Në të njëjtën mënyrë, pikat në një qark elektrik që janë në një potencial më të lartë janë më të rrezikshme për një person që bie në kontakt me pjesët e ndezura të instalimeve elektrike. Në të njëjtën kohë, ai vjen nën një tension më të lartë në krahasim me tokën.
Duhet të theksohet se kur një pikë e një qarku elektrik është i bazuar, shpërndarja e rrymave në të nuk ndryshon, pasi në këtë rast nuk formohen degë të reja përmes të cilave mund të rrjedhin rrymat. Nëse tokëzoni dy (ose më shumë) pika të një qarku që kanë potenciale të ndryshme, atëherë përmes tokës formohet një degë (ose degë) shtesë me rrymë dhe shpërndarja e rrymës në qark ndryshon.
Rrjedhimisht, një shkelje ose prishje e izolimit të një instalimi elektrik, një nga pikat e të cilit është e tokëzuar, krijon një qark përmes të cilit kalon një rrymë, e cila në fakt është një rrymë e qarkut të shkurtër. E njëjta gjë ndodh në një të pabazuar instalimi elektrik kur dy nga pikat e tij janë të shkurtuara në tokë. Kur një qark elektrik prishet, të gjitha pikat e tij deri në pikën e thyerjes janë nën të njëjtin potencial.
Tensioni në terminalet e burimit të energjisë elektrike është i barabartë me diferencën potenciale që krijon EMF, duke ndarë ngarkesat brenda burimit.
Nga Ligji i Ohmit për zinxhir i plotë vijon:
Në = E/(R 1 +Ro ) ose E= I n R 1 +I n Ro )
Ku I n R 1 =U tensioni i burimit të aplikuar në pjesën e jashtme të qarkut, prandaj,
E= U + I n Ro (2. 24)
nga shprehja (2.24) vijon:
U = E - I n Ro (2. 25)
Meqenëse emf i burimit të energjisë elektrike është konstant ( E = konst ), dhe rezistenca e tij e brendshme është gjithashtu konstante. ( Ro = konst ), atëherë, siç shihet nga shprehja, ndërmjet tensionit U dhe goditje elektrike Në ekziston varësia lineare. Kjo do të thotë se grafiku i varësisë së tensionit U nga rryma Në të përshkruara nga një vijë e drejtë.
Për të ndërtuar këtë grafik, duhet të përcaktoni çdo dy nga pikat e tij, pasi gjithmonë mund të ndërtoni një vijë të drejtë nga dy pika.
linjë. NË në këtë rast për të përcaktuar këto dy pika në grafikun që do të përdorim
modalitetet boshe dhe qark të shkurtër.
A. në boshe:
Në kz = 0, pra, nga shprehja (2.25) marrim:
Uxx = E - Ixx Ro E -0 Ro = E dmth Uxx = E
Ø Përfundim: Tensioni në terminalet e burimit të energjisë elektrike në boshe është i barabartë me forcën elektromotore të këtij burimi.
B. Në rast qarku të shkurtër:
I n kz = E/(R 1 kz + Ro), sepse R 1 shkurt=0,
Ø Përfundim: rezistenca e seksionit të jashtëm të qarkut gjatë një qarku të shkurtër është zeroR 1 qark i shkurtër =0
I n c = E/(0+ Ro), I n c = E/ Ro)= max
Ø Përfundim: rryma në qark gjatë një qarku të shkurtër në qark është zeroI n kz = max.
Nga shprehja (2.25) ne llogarisim tensionin e burimit:
Ucz = E - I ncz Ro=E- (E/Ro) Ro = E- E= 0
Ø Përfundim: voltazhi në terminalet e burimit të energjisë elektrike gjatë një qarku të shkurtër në qark është zero Ukz=0
U.B.
E=Uхх
E
I H R 0(rënia e tensionit në pjesën e brendshme
seksioni i zinxhirit)
I H R 1(një rënie
tension në pjesën e jashtme
seksioni i zinxhirit)
0 A jam I N, A
Figura 2.9.
Në figurën 2.9. tregon grafikun e varësisë U=f(I n).
Këndi β karakterizon shkallën e pjerrësisë së drejtëzës (grafike) ndaj boshtit të abshisës (Në), pra karakterizon shpejtësinë e rënies së tensionit me rritjen e rrymës së ngarkesës.
Madhësia e këndit β mund të përcaktohet nga trekëndëshi
0 Uхх I n.c. përgjatë tangjentes së saj.
tg β = Uхх/ I n кз = E/(E/ Ro)Ro= Ro
tg β- karakterizon rezistencën e brendshme të burimit të energjisë elektrike.
Ø konkluzioni: më shumë tg β, sa më e madhe të jetë rezistenca e brendshme e burimit, aq më i madh është këndi β dhe për këtë arsye tensioni ulet më shpejt U në terminalet e burimit të energjisë elektrike kur rritet rryma e ngarkesës Në
Ø konkluzioni: aq më e ulët është rezistenca e brendshme Ro burimi i energjisë elektrike, aq më pak tensioni në terminalet e burimit varet nga sasia e rrymës që rrjedh nëpër qark, d.m.th. rryma e ngarkesës Në.
2. 9, 2. Fuqia totale e burimit të energjisë elektrike.
Ø Fuqia totale e një burimi të energjisë elektrike është fuqia që ai zhvillon në të gjithë qarkun, domethënë në qarqet e brendshme dhe të jashtme.
Le të shqyrtojmë varësinë e fuqisë totale të zhvilluar nga një burim i energjisë elektrike nga rryma e ngarkesës R p = f (I n)
Fuqia totale e zhvilluar nga burimi i energjisë elektrike në qark përcaktohet me formulën e mëposhtme:
P p = E I n (2. 26)
R f- fuqia totale, W
E- forca elektromotore, V
Në- rryma e ngarkesës, A
Ne do të supozojmë se emf i burimit të energjisë elektrike është konstant ( E = konst) në madhësi, pra ndërmjet fuqi e plote R f dhe rryma e ngarkesës Në ekziston një marrëdhënie proporcionale (lineare). Prandaj, për të komplotuar varësinë
fuqi e plote R f nga rryma e ngarkesës Në Është e nevojshme të përcaktohen dy pika në grafik.
Për këtë qëllim, ne do të përdorim përsëri modalitetin boshe dhe qark të shkurtër të burimit të energjisë elektrike.
A. Në boshe:
I n xx = 0, d.m.th. P p xx = EI n xx = E 0 = 0 R p xx = 0 (2. 27)
· Përfundim: fuqia totale e burimit të energjisë elektrike në boshe është zero.R p xx = 0
B . Në rast qarku të shkurtër:
I n kz = E/ Ro = max, d.m.th. R p kz= E I n kz= E* E/ Ro= E 2 /Ro
R p kz = E 2 / Ro = max(2.28)
· Përfundim: gjatë një qarku të shkurtër, fuqia totale e zhvilluar nga burimi i energjisë elektrike është maksimaleR p kz = max.
2.9.3. Fuqia neto e burimit të energjisë elektrike
Ø Fuqia e dobishme e një burimi të energjisë elektrike është fuqia e zhvilluar prej tij në seksionin e jashtëm të qarkut (në rezistencën e jashtme R 1).
Fuqia e dobishme e burimit të energjisë elektrike përcaktohet me formulën:
P = U I n (2. 29)
R- fuqia e dobishme, W;
U- Tensioni në terminalet e burimit të energjisë elektrike, V
Në- rryma e ngarkesës, A.
siç dihet, U = E - IR o .
Le të shumëzojmë të dy anët e ekuacionit me sasinë e rrymës që rrjedh nëpër qark, marrim
UI n = I n (E - I n Ro) = EI n - I n R o (2.30)
EI n - fuqia totale, W;
UI n - fuqia e dobishme, W;
Unë n R o- humbja e fuqisë, e shpenzuar kot në burim.
Ø Përfundim: fuqi e dobishme R e barabartë me diferencën midis fuqisë totale R f = EI dhe humbjet e fuqisë brenda burimit të energjisë elektrike R o = I n 2 R o.
Nga formula (2.30) është e qartë se varësia e fuqisë së dobishme nga rryma e ngarkesës është komplekse dhe shprehet grafikisht me një kurbë të quajtur parabolë.
Për të komplotuar varësinë Р= f (I n) Le të përcaktojmë tre pika karakteristike të kësaj kurbë, që korrespondojnë me modalitetin boshe, qarkun e shkurtër dhe fuqinë maksimale neto.
a) Në gjendje boshe:
1xx = 0; Pxx = E Ixx - I 2 xx Ro = E 0 - 0 Ro, d.m.th. Pxx = O
Ø Përfundim: fuqia e dobishme në boshe është zero Rxx = O
b) Në rast qarku të shkurtër: I n kz = max
I n kz = E/ Ro = max,
ato. Rkz= E I n kz- I n kz Ro= E* E/ Ro- E 2/Ro = 0
Rkz= 0
Ø Përfundim: fuqia e dobishme gjatë një qarku të shkurtër është zeroRkz= 0
Matjet tregojnë se voltazhi në terminalet e një burimi aktual të mbyllur në një qark të jashtëm varet nga forca e rrymës së zgjedhur (nga "ngarkesa") dhe ndryshon me ndryshimet në këtë të fundit. Duke përdorur ligjin e Ohm-it, tani mund ta shqyrtojmë këtë çështje më saktë.
Nga formula (80.1) kemi
ku është rezistenca e qarkut të jashtëm dhe është rezistenca e brendshme e burimit. Por në qarkun e jashtëm ne kemi të drejtë të zbatojmë ligjin e Ohm për një seksion të qarkut:
Këtu është tensioni në qarkun e jashtëm, d.m.th. ndryshimi i potencialit në terminalet e burimit. Mund të shprehet bazuar në (81.1), (81.2) me formulën e mëposhtme:
Ne e shohim se kur qark i mbyllur voltazhi në terminalet e burimit aktual është gjithmonë më i vogël se e. d.s. . Tensioni varet nga forca e rrymës dhe vetëm në rastin kufizues të një qarku të hapur, kur forca e rrymës është , tensioni në terminale është i barabartë me e. d.s.
Ulja e tensionit në terminalet e burimit në prani të rrymës është e lehtë për t'u vëzhguar eksperimentalisht. Për ta bërë këtë, duhet të lidhni një lidhje të shkurtër me një element galvanik në një reostat dhe të lidhni një voltmetër në terminalet e elementit (Fig. 127). Duke lëvizur rrëshqitësin e reostatit, mund të shihni se sa më e ulët të jetë rezistenca e qarkut të jashtëm, d.m.th., sa më e lartë të jetë rryma, aq më i ulët është voltazhi në terminalet e burimit. Nëse rezistenca e qarkut të jashtëm bëhet shumë e vogël në krahasim me rezistencë e brendshme burimi ("hiqni" reostatin), d.m.th. bëni një "qark të shkurtër", atëherë voltazhi në terminalet bëhet zero.
Oriz. 127. Me uljen e rezistencës së qarkut të jashtëm zvogëlohet tensioni në terminalet e burimit të rrymës: a) qarku eksperimental; b) formë e përgjithshme konfigurim eksperimental, 1 - burim rryme, 2 - reostat, 3 - ampermetër, 4 - voltmetër
Sa i përket rrymës, gjatë një qarku të shkurtër ajo arrin vlerën e saj maksimale. Fuqia e kësaj "rryme të qarkut të shkurtër" merret nga ligji i Ohm (80.1), nëse vendosim në të (d.m.th., neglizhojmë rezistencën në krahasim me):
Nga kjo shihet se rryma e lidhjes së shkurtër varet jo vetëm nga e. d.s., por edhe nga rezistenca e brendshme e burimit. Prandaj, një qark i shkurtër paraqet rreziqe të ndryshme burime të ndryshme aktuale
Qarqet e shkurtra të një qelize galvanike janë relativisht të padëmshme, pasi me një të vogël p.sh. d.s. elementet, rezistenca e tyre e brendshme është e lartë, dhe për këtë arsye rrymat e qarkut të shkurtër janë të vogla. Rryma të tilla nuk mund të shkaktojnë dëme serioze, dhe për këtë arsye nuk ka kërkesa veçanërisht të larta për izolimin e telave për qëllime të mundësuara nga elementë (këmbanat, telefonat, etj.). Qarqet e energjisë ose ndriçimit të mundësuar nga gjeneratorë të fuqishëm janë një çështje tjetër. Me e rëndësishme e. d.s. (100 ose më shumë volt), rezistenca e brendshme e këtyre burimeve është e papërfillshme, dhe për këtë arsye rryma e qarkut të shkurtër mund të arrijë një forcë të madhe. Në këtë rast, një qark i shkurtër mund të çojë në shkrirjen e telave, duke shkaktuar zjarr, etj. Prandaj, për projektimin dhe izolimin e qarqeve të tilla vendosen kërkesa strikte teknike, të cilat në asnjë rast nuk duhet të shkelen pa rrezikun e shkaktimit të rrezikshëm. pasojat. Qarqe të tilla janë të pajisura gjithmonë me siguresa (§ 63) dhe, për më tepër, shpesh në vende të ndryshme: një siguresë e përgjithshme (në hyrjen kryesore), siguresat e grupit dhe prizës.
81.1. Rezistenca e brendshme e elementit Daniel me e. d.s. 1.1 V është e barabartë me 0.5 ohm. Llogaritni rrymën e qarkut të shkurtër të këtij elementi.
81.2. Elementi nga problemi i mëparshëm është i shkurtuar në një rezistencë prej 0.6 ohms. Sa është tensioni në terminalet e elementit?
81.3. E.m.f. Gjeneratori DC është 220 V, dhe rezistenca e brendshme është 0.02 Ohm. Çfarë rryme ndodh gjatë një qarku të shkurtër?
81.4. Gjatë matjes së e. d.s. burimet që përdorin një voltmetër, ne gjithmonë lejojmë ndonjë gabim, pasi një rrymë, megjithëse shumë e vogël, rrjedh nëpër voltmetër, dhe për këtë arsye burimi, në mënyrë rigoroze, nuk është i hapur, por i mbyllur ndaj voltmetrit. Le të jetë rezistenca e brendshme e elementit 1 Ohm, e. d.s. është 1.8 V, dhe rezistenca e voltmetrit është 179 Ohms. Cili është gabimi në matjen e e. d.s. a lejojmë?
81.5. A është e mundur të matet me saktësi e. d.s. duke përdorur një elektrometër? Si të lidhni një elektrometër me një element për të matur e. d.s.?
81.6. A ndryshon leximi i një elektrometri të lidhur me një qelizë galvanike nëse një kondensator lidhet paralelisht me të, siç tregohet në Fig. 128? A do të ketë rëndësi kapaciteti i kondensatorit?
Oriz. 128. Për ushtrimin 81.6
81.7. E.m.f. disa elementë maten duke përdorur një elektrometër me një kondensator (Fig. 129, a). Elektrometri, i shkëputur nga elementi, tregon 500 V pas heqjes së diskut (Fig. 129, b). Dihet që kapaciteti i kondensatorit zvogëlohet me 250 herë kur disku hiqet. Sa është tensioni i elementit?
Oriz. 129. Për ushtrimin 81.7
Le të montojmë një qark elektrik (Fig. 22, a), i përbërë nga bateria 1 me tension 2 NË, levë reostat 2, dy instrumente matëse- Voltmetri 3 dhe ampermetri 4 dhe telat lidhës 5. Vendosni një rezistencë prej 2 ohmi në qark duke përdorur një reostat. Pastaj një voltmetër i lidhur me terminalet e baterisë do të tregojë një tension prej 2 V, dhe një ampermetër i lidhur në seri me qark do të tregojë një rrymë prej 1 A. Le të rrisim tensionin në 4 V duke lidhur një bateri tjetër (Fig. 22, 6). Me të njëjtën rezistencë në qark - 2 Ohms - ampermetri do të tregojë një rrymë prej 2 A.
Një bateri me një tension prej 6 V do të ndryshojë leximin e ampermetrit në 3 A (Fig. 22, c). Le të përmbledhim vëzhgimet tona në tabelë. 4.
Nga kjo mund të konkludojmë se rryma në qark në rezistencë konstante aq më i madh është tensioni i këtij qarku dhe rryma do të rritet aq herë sa rritet tensioni.
Tani, në të njëjtin qark, do të vendosim një bateri me tension dhe, duke përdorur një reostat, vendosim rezistencën në qark në 1 Ohm (Fig. 23, a). Atëherë ampermetri do të tregojë 6 A. Rriteni atë me një reostat
rezistencë deri në 2 ohmë (Fig. 23, b). Leximi i ampermetrit (në të njëjtin tension qark) do të jetë tashmë 3 A.
Nëse rezistenca në qark është 3 Ohms (Fig. 23, c), leximi i ampermetrit do të jetë 2 A.
Ne përmbledhim rezultatet e eksperimentit në tabelë. 5.
Nga kjo rrjedh se në një tension konstant rryma në qark do të jetë më e madhe, aq më e ulët është rezistenca e këtij qarku, dhe rryma në qark rritet aq herë sa zvogëlohet rezistenca e qarkut.
Siç tregojnë eksperimentet, rryma në një seksion të një qarku është drejtpërdrejt proporcional me tensionin në atë seksion dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me rezistencën e të njëjtit seksion. Kjo marrëdhënie njihet si ligji i Ohm-it.
Nëse shënojmë: I - rrymë në amper, U - tension në volt, r - rezistencë në ohmë, atëherë ligji i Ohmit mund të përfaqësohet me formulën
domethënë, rryma në një seksion të caktuar të qarkut është e barabartë me tensionin në këtë seksion të ndarë me rezistencën e të njëjtit seksion.
Shembulli 10. Përcaktoni rrymën që do të rrjedhë nëpër filamentin e një llambë inkandeshente nëse filamenti ka një rezistencë konstante prej 240 ohms dhe llamba është e lidhur me një rrjet me një tension prej 120 V:
Duke përdorur formulën e ligjit të Ohm-it, mund të përcaktoni gjithashtu tensionin dhe rezistencën e qarkut:
d.m.th voltazhi i qarkut është i barabartë me produktin e rrymës dhe rezistencën e këtij qarku, dhe
pra rezistenca e qarkut është e barabartë me tensionin e ndarë me rrymën. Produkti i rrymës I që rrjedh nëpër çdo rezistencë dhe vlera e kësaj rezistence r quhet rënia e tensionit në këtë rezistencë dhe shënohet me shkronjën U:
Shembulli 11.Çfarë tensioni nevojitet që një rrymë prej 20 A të rrjedhë në një qark me një rezistencë prej 6 ohms?
Shembulli 12. Një rrymë prej 5 A rrjedh nëpër spiralen e sobës elektrike Stufa është e lidhur me një rrjet me tension 220 V. Përcaktoni rezistencën e spirales së sobës elektrike.
Nëse në formulën U = I r rryma është 1 A dhe rezistenca është 1 Ohm, atëherë voltazhi do të jetë 1 V:
Nga kjo konkludojmë: një tension prej 1 V vepron në një qark me një rezistencë prej 1 Ohm në një rrymë prej 1 A.
Në Fig. Figura 24 tregon një qark elektrik të përbërë nga një burim energjie elektrike, një konsumator që ka një rezistencë r dhe tela të gjatë lidhës që kanë një rezistencë r l (rezistenca e linjës). Kur qarku është në punë, d.m.th., kur rryma elektrike kalon nëpër qark, leximi i voltmetrit të lidhur në fillim të linjës U 1 do të jetë më i madh se leximi i voltmetrit të lidhur në fund të linjës U 2.
Kjo ulje e tensionit përgjatë qarkut ndërsa largohet nga burimi shkaktohet nga humbja e tensionit në telat ∆U:
Humbja e tensionit të linjës ndodh sepse një pjesë e tensionit do të humbasë në telat e linjës. Në këtë rast, humbja e tensionit do të jetë më e madhe, aq më e madhe është rryma e linjës dhe aq më e madhe është rezistenca e telave.
Humbja e tensionit është e barabartë me rrymën që rrjedh nëpër telat e linjës shumëzuar me rezistencën e telave:
I 1 - rryma e linjës, a;
ρ - rezistenca telat e linjës;
l- gjatësia e linjës (një drejtim), m;
S - seksion kryq teli, mm2.
Shembulli 13. Nga gjeneratori, voltazhi në terminalet e të cilit është 115 V, energjia elektrike transmetohet në motor elektrik përmes telave, rezistenca e të cilit është 0.1 Ohm. Përcaktoni tensionin në terminalet e motorit nëse konsumon një rrymë prej 50 A.
Natyrisht, voltazhi në terminalet e motorit do të jetë më i vogël se në terminalet e gjeneratorit, pasi do të ketë një humbje të tensionit në linjë. Sipas formulës
Nëse humbja e tensionit në linjë është 5 V, atëherë voltazhi i motorit elektrik do të jetë 115-5 = 110 V.
Shembulli 14. Tensioni në terminalet e gjeneratorit është 240 V. Energjia elektrike transmetohet përmes një linje prej dy telash bakri 350 m të gjatë, me një seksion kryq prej 10 mm 2, në një motor elektrik që konsumon një rrymë prej 15 A. Është e nevojshme të përcaktohet tension në terminalet e motorit.
Tensioni në terminalet e motorit do të jetë më i vogël se voltazhi i gjeneratorit nga sasia e humbjes së tensionit në linjë.
Meqenëse rezistenca r e telave është e panjohur, ne e përcaktojmë atë duke përdorur formulën
Duke zëvendësuar r në formulë, marrim
Prandaj, voltazhi në terminalet e motorit do të jetë 240-18.3 = 221.7 V.
Shembulli 15. Përcaktoni seksionin kryq të telave të aluminit që duhet të përdoren për të transmetuar energji elektrike motori që funksionon me një tension prej 120 V dhe një rrymë prej 20 A. Energjia do të furnizohet në motor nga një gjenerator 127 V përgjatë një linje të gjatë 150 m.
Ne gjejmë humbjen e lejuar të tensionit:
Rezistenca e telave të linjës duhet të jetë e barabartë me:
Nga formula
përcaktoni seksionin kryq të telit:
Duke përdorur librin e referencës, zgjidhni seksionin kryq ekzistues prej 25 mm 2.
Nëse ndiqet e njëjta linjë Tel bakri, atëherë seksioni i tij kryq do të jetë i barabartë me:
Ne zgjedhim një seksion prej 16 mm 2.
Shembulli 16. Për djegien e qëndrueshme të një harku elektrik, kërkohet një rrymë prej 10 A në një tension prej 40 V Përcaktoni sasinë e rezistencës shtesë që duhet të lidhet në seri me instalimin e harkut për ta fuqizuar atë nga një rrjet me një tension prej. 120 V.
Rënia e tensionit në rezistencën shtesë do të jetë
Duke ditur rënien e tensionit në rezistencën shtesë dhe rrymën që rrjedh nëpër të, mund të përdorni ligjin e Ohm për një seksion të qarkut për të përcaktuar vlerën e kësaj rezistence:
Kur shqyrtojmë një qark elektrik, ende nuk kemi marrë parasysh që shtegu aktual kalon jo vetëm përgjatë pjesës së jashtme të qarkut, por edhe përgjatë pjesës së brendshme të qarkut, domethënë brenda vetë elementit, baterisë ose energjisë tjetër. burimi.
Rryma elektrike që kalon në brendësi të qarkut kapërcen rezistencën e saj të brendshme dhe për këtë arsye një rënie e tensionit ndodh edhe brenda burimit.
Rrjedhimisht, forca elektromotore (emf) e burimit të energjisë elektrike shkon për të mbuluar humbjet e tensionit të brendshëm dhe të jashtëm në qark.
Nëse E është forca elektromotore në volt, I është rryma në amper, r është rezistenca e qarkut të jashtëm në ohmë, r 0 është rezistenca e pjesës së brendshme të qarkut në ohmë, ∆U 0 është humbja e brendshme e tensionit dhe U është tensioni i qarkut të jashtëm, atëherë
Kjo është formula e ligjit të Ohm-it për të gjithë qarkun. Me fjalë, lexohet kështu: rryma në një qark elektrik është e barabartë me forcën elektromotore të ndarë me rezistencën e të gjithë qarkut (shuma e rezistencave të brendshme dhe të jashtme).
Shembulli 17. Forca elektromotore E e elementit është 1,5 V, rezistenca e saj e brendshme r 0 = 0,3 ohm. Elementi është i mbyllur ndaj rezistencës r=2.7 Ohm. Përcaktoni rrymën në qark:
Shembulli 18. Përcaktoni e. d.s. elementi E, i mbyllur në një rezistencë prej r = 2 ohms, nëse rryma në qark është I = 0,6 a. Rezistenca e brendshme e elementit r 0 = 0,5 ohm.
Një voltmetër i lidhur me terminalet e elementit do të tregojë tensionin në to të barabartë me tensionin e rrjetit ose humbjen e tensionit në qarkun e jashtëm:
Prandaj, një pjesë e e. d.s. Elementi shkon për të mbuluar humbjen e tensionit të brendshëm, dhe pjesa tjetër - 1.2 V - dërgohet në rrjet.
Rënia e tensionit të brendshëm
E njëjta përgjigje mund të merret nëse përdorim formulën e ligjit të Ohmit për të gjithë qarkun
Kur hapet një qark elektrik, asnjë rrymë nuk do të rrjedhë nëpër të. Rryma nuk do të kalojë as brenda burimit elektronik. d.s, dhe për këtë arsye nuk do të ketë humbje të tensionit të brendshëm. Prandaj, voltmetri do të tregojë e kur qarku është i hapur. d.s. burimi i energjisë elektrike.
Shembulli 19. Forca elektromotore e elementit është 1,8 V. Është e mbyllur në një rezistencë prej r = 2,7 Ohm. Rryma në qark është 0,5 A. Përcaktoni rezistencën e brendshme r 0 të elementit dhe rënien e brendshme të tensionit ∆U 0:
Nga shembujt e zgjidhur është e qartë se leximi i voltmetrit i lidhur me terminalet e burimit të energjisë. d.s, nuk mbetet konstante në kushte të ndryshme funksionimin e qarkut elektrik. Me rritjen e rrymës në qark, rritet edhe humbja e tensionit të brendshëm; prandaj, me konstante e. d.s. ndaj një aksioni rrjeti i jashtëm do të ketë gjithnjë e më pak stres.
Në tabelë Figura 6 tregon se si ndryshon rryma në qark dhe voltazhi në terminalet U në varësi të ndryshimit të rezistencës së jashtme (r) në konstanten e. d.s. (E) dhe rezistenca e brendshme (r 0) e burimit të energjisë
Në Fig. Figura 25 tregon varësinë e tensionit U në terminalet e qarkut nga vlera e rrymës së ngarkesës I.
Një element i një qarku elektrik i krijuar për të gjeneruar energji elektrike zakonisht quhet burim i energjisë elektrike. Në burim, llojet e tjera të energjisë shndërrohen në energji elektrike.
Në praktikë përdoren këto burime kryesore: gjeneratorë elektromekanikë (makina elektrike për shndërrimin e energjisë mekanike në energji elektrike), burime elektrokimike (celula galvanike, bateri), gjeneratorë termoelektrikë (pajisje për shndërrimin e drejtpërdrejtë të energjisë termike në energji elektrike), gjeneratorë fotoelektrikë. (konvertuesit e energjisë rrezatuese në energji elektrike).
Parimet e shndërrimit të energjisë termike, rrezatuese dhe kimike në energji elektrike studiohen në kursin e fizikës.
Pronë e përgjithshme nga të gjitha burimet është
se në to ka një ndarje të pozitives
dhe gjenerohet ngarkesa negative dhe forca elektromotore (EMF). Çfarë është EMF?
Në qarkun elektrik më të thjeshtë për lëvizjen e ngarkesës q përgjatë konturit të një qarku të mbyllur (Fig. 2.8) harxhohet puna e burimit A dhe.
Burimi shpenzon të njëjtën punë për të lëvizur çdo njësi ngarkese. Prandaj, me rritjen q A dhe rritet në proporcion të drejtë, dhe raporti i tyre A dhe /q, thirrur forca elektromotore, mbetet i pandryshuar:
E = A dhe /q.(2.12)
EMF është numerikisht i barabartë me punën e bërë nga burimi, duke kryer një ngarkesë prej 1 C përgjatë një qarku të mbyllur(1).
Njësia e emf, si tensioni, është volt (V).
Falë EMF, një vlerë e caktuar aktuale ruhet në qarkun elektrik.
Meqenëse EMF nuk varet nga q, dhe rryma I = q/t, Se Emf i burimit nuk varet nga rryma(2).
Kur ndryshon rryma, fuqia e burimit ndryshon R i. Përdorimi i shprehjeve P dhe =A dhe /t , A dhe = qE Dhe q = Ajo,
marrim një formulë për llogaritjen e fuqisë së burimit:
P u = EI. (2.13)
Kështu, kur ndryshon rezistenca e marrësit, rryma e qarkut, fuqia e burimit dhe fuqia e marrësit ndryshojnë. Në këtë rast, vërehet pozicioni (5) dhe një EMF konstante funksionon vazhdimisht, duke krijuar një rrymë.
Sipas bilancit të fuqisë
P dhe =P+P në,
Ku R- fuqia e marrësit; R in - humbje në rezistencën e brendshme R B burimi (ne neglizhojmë humbjet në lidhjen e telave).
Duke zëvendësuar vlerën e fuqisë nga formula (2.10), (2.13) në këtë ekuacion, duke përdorur pozicionin (3), marrim:
EI=UI+UJ;
E=U+U në(2.14)
(veprimi është i barabartë me shumën e reaksioneve).
Në një qark të mbyllur, EMF kundërshtohet nga shuma e rënieve të tensionit nëpër seksione të qarkut.
Duke përdorur shprehjen (2.14) dhe ligjin e Ohm-it, marrim
E = IR + IR B.(2.15)
Në këtë ekuacion E Dhe R B pasi parametrat e burimit janë konstante. Kur ndryshon rezistenca e marrësit R rryma ndryshon vlerën e saj. Rryma në qark ka një vlerë të përcaktuar rreptësisht të nevojshme për të krijuar rënie të tensionit në seksionet e qarkut që balancojnë EMF(3). Në mënyrë të ngjashme, në mekanikë, shpejtësia e lëvizjes së trupave është e tillë që kundërveprimi i forcave të fërkimit të shkaktuara nga kjo shpejtësi balancohet nga veprimi i forcave që lëvizin trupin.
Nga ekuacioni (2.15) rryma
I = E/(R + R B).(2.16)
Kjo formulë reflekton Ligji i Ohmit për të gjithë qarkun: Fuqia aktuale në qark është drejtpërdrejt proporcionale me burimin emf.
Duhet të theksohet se ekuacioni (2.14) është një rast i veçantë i ligjit të dytë të Kirchhoff, i cili është formuluar si më poshtë: shuma algjebrike e EMF e çdo qarku të mbyllur të një qarku elektrik është e barabartë me shumën algjebrike të rënieve të tensionit nëpër rezistencat e qarkut:
SE=SIR (2.17)
Në pasaportat e pajisjeve (burimet, marrësit, pajisjet, pajisjet), në katalogë, jepen vlerat e rrymave, tensioneve, fuqive për të cilat pajisja është projektuar nga prodhuesi për mënyrën normale, të quajtur nominale, të funksionimit. Burimet karakterizohen fuqi e vlerësuar P H 0 M , rryma I nom dhe tension U H 0 M .
Për fig. 2.8 Tensioni në terminalet e burimit dhe marrësit është i njëjtë (pasi ato janë të lidhura me terminalet e përbashkët). Ne e përcaktojmë këtë tension nga formula (2.14):
U = E - IR B,(2.18)
Ku R në- rezistenca e brendshme e burimit.
Tensioni në terminalet e një burimi që funksionon si gjenerator është më i vogël se EMF nga vlera e rënies së tensionit në rezistencën e brendshme të burimit(4).
Në rrymën nominale, voltazhi i burimit vlerësohet. Kur ndryshon modaliteti i qarkut (ndryshon rryma), në përputhje me formulën (2.18), tensioni ndryshon. Nëse devijimet në tension, rrymë dhe fuqi janë brenda kufijve të pranueshëm, kjo mënyrë quhet funksionim.
Nëse qarku është i hapur, rryma e barabartë me zero. Kjo mënyrë e qarkut ose e elementeve të tij quhet modaliteti i papunësisë (XX).
Nga formula (2.18) rezulton se në gjendje boshe U = E.
Emf i burimit mund të matet me një voltmetër (Fig. 2.9) si tension në terminalet e tij në modalitetin boshe(5).
Mënyra e një qarku elektrik në të cilin një seksion me një ose më shumë elementë është i lidhur me qark të shkurtër quhet modaliteti i qarkut të shkurtër (SC).
Prandaj, për qark të shkurtër R = 0 U = I K R=0 dhe veprimi i EMF kundërveprohet vetëm nga rënia e tensionit brenda burimit E= I në R in(Fig. 2.10).
Rezistenca e brendshme e burimeve është zakonisht e vogël. Prandaj, rryma e qarkut të shkurtër I K = E/R V është e madhe, e rrezikshme për burimin dhe telat për shkak të efekteve termike. Për mbrojtjen nga qarku i shkurtër i burimeve dhe telave për shkak të efekteve termike. Për të mbrojtur nga burimet e qarkut të shkurtër dhe elementët e tjerë të qarkut, ato përdoren shpesh siguresat, futjet e të cilave digjen nga rryma e qarkut të shkurtër dhe thyejnë qarkun.
Në praktikë, rezistenca e brendshme e burimit ndonjëherë neglizhohet, duke e konsideruar atë të barabartë me zero. Në këtë rast, voltazhi i burimit sipas formulës (2.18) është i barabartë me emf në çdo rrymë dhe diagramet nuk tregojnë emf-në e burimit (si në Fig. 2.8), por tensionin në terminalet e tij. .
