Ohmi võrrand. Elektrotehnika kõige olulisem seadus on Ohmi seadus

Lisage sait järjehoidjate hulka

Ohmi seadus

Joonisel on kujutatud tuttava lihtsa elektriahela skeem. See suletud vooluring koosneb kolmest elemendist:

pingeallikas – GB akud;
voolutarbija - koormus R, mis võib olla näiteks elektrilambi hõõgniit või takisti;
juhtmed, mis ühendavad pingeallika koormusega.

Muide, kui seda vooluringi täiendada lülitiga, saate tasku elektrilise taskulambi jaoks täieliku vooluringi. Koormus R, millel on teatud takistus, on ahela osa.

Voolu väärtus selles vooluringi sektsioonis sõltub sellele mõjuvast pingest ja selle takistusest: mida kõrgem on pinge ja väiksem takistus, seda suurem on vool läbi ahela lõigu.

Seda voolu sõltuvust pingest ja takistusest väljendatakse järgmise valemiga:

I – vool, väljendatud amprites, A;
U – pinge voltides, V;
R – takistus oomides, oomides.

Seda matemaatilist avaldist loetakse järgmiselt: voolutugevus ahela sektsioonis on otseselt võrdeline selle pingega ja pöördvõrdeline selle takistusega. See on elektrotehnika põhiseadus, mida nimetatakse Ohmi seaduseks (G. Ohmi perekonnanime järgi) elektriahela lõigu kohta. Ohmi seadust kasutades saate kahe teadaoleva elektrilise suuruse põhjal teada tundmatu kolmandiku. Siin on mõned näited Ohmi seaduse praktilisest rakendamisest:

Esimene näide. Ahela lõigule, mille takistus on 5 oomi, rakendatakse pinget 25 V. Peame välja selgitama voolu väärtuse selles ahela jaotises. Lahendus: I = U/R = 25 / 5 = 5 A.
Teine näide. Pinge 12 V mõjub vooluringi osale, tekitades selles voolu 20 mA. Mis on selle vooluringi lõigu takistus? Esiteks tuleb voolutugevust 20 mA väljendada amprites. See on 0,02 A. Siis R = 12 / 0,02 = 600 oomi.
Kolmas näide. 10 kOhm takistusega vooluahela sektsiooni läbib vool 20 mA. Mis pinge sellel vooluringi lõigul mõjub? Siin, nagu eelmises näites, tuleb voolutugevust väljendada amprites (20 mA = 0,02 A), takistust oomides (10 kOhm = 10000 oomi). Seetõttu U = IR = 0,02 × 10000 = 200 V.

Lameda taskulambi hõõglambi alusele on tembeldatud: 0,28 A ja 3,5 V. Mida see teave tähendab? Asjaolu, et pirn põleb normaalselt vooluga 0,28 A, mille määrab pinge 3,5 V. Ohmi seadust kasutades on lihtne arvutada, et lambipirni kuumutatud hõõgniidi takistus on R = 3,5 / 0,28 = 12,5 oomi.

See on lambipirni kuumutatud hõõgniidi takistus, jahutatud hõõgniidi takistus on palju väiksem. Ohmi seadus kehtib mitte ainult sektsiooni, vaid ka kogu elektriahela kohta. Sel juhul asendatakse vooluahela kõigi elementide kogutakistus, sealhulgas vooluallika sisetakistus, väärtuseks R. Lihtsamate vooluahela arvutuste puhul jäetakse aga tavaliselt tähelepanuta ühendusjuhtmete takistus ja vooluallika sisetakistus.

Sellega seoses on vaja tuua veel üks näide: elektrivalgustuse võrgu pinge on 220 V. Milline vool voolab ahelas, kui koormustakistus on 1000 oomi? Lahendus: I = U/R = 220 / 1000 = 0,22 A. Elektriline jootekolb tarbib ligikaudu seda voolu.

Kõiki neid Ohmi seadusest tulenevaid valemeid saab kasutada ka vahelduvvooluahelate arvutamiseks, kuid eeldusel, et ahelates pole induktiivpooli ja kondensaatoreid.

Ohmi seadus ja sellest tuletatud arvutusvalemid jäävad üsna lihtsalt meelde, kui kasutada seda graafilist diagrammi, see on nn Ohmi seaduse kolmnurk.

Seda kolmnurka on lihtne kasutada, pidage lihtsalt selgelt meeles, et selles olev horisontaaljoon tähendab jagamismärki (sarnane murdjoonega) ja vertikaalne joon korrutamismärki.

Nüüd tuleks kaaluda järgmist küsimust: kuidas mõjutab voolu vooluahelasse koormusega järjestikku või sellega paralleelselt ühendatud takisti? Parem on seda näite abil mõista. Seal on ümmarguse elektrilise taskulambi pirn, mis on mõeldud pingele 2,5 V ja voolule 0,075 A. Kas seda pirni on võimalik toita 3336L akust, mille algpinge on 4,5 V?

Lihtne on arvutada, et selle lambipirni kuumutatud hõõgniidi takistus on veidi üle 30 oomi. Kui toite seda värskest 3336L akust, siis Ohmi seaduse kohaselt läbib lambipirni hõõgniidi vool, mis on peaaegu kaks korda suurem kui vool, mille jaoks see on ette nähtud. Niit ei talu sellist ülekoormust, see kuumeneb üle ja vajub kokku. Aga seda lambipirni saab ikkagi toita 336L akust, kui vooluringiga on jadamisi ühendatud täiendav 25-oomine takisti.

Sel juhul on välise vooluahela kogutakistus ligikaudu 55 oomi, see tähendab 30 oomi - lambipirni hõõgniidi takistus H pluss 25 oomi - täiendava takisti R takistus. Järelikult on vool, mis võrdub ligikaudu Ahelas voolab 0,08 A, see tähendab peaaegu sama, mille jaoks lambipirni hõõgniit on mõeldud.

Seda lambipirni saab toita kõrgema pingega akust või isegi elektrivalgustusvõrgust, kui valite sobiva takistusega takisti. Selles näites piirab täiendav takisti vooluahela voolu meile vajaliku väärtusega. Mida suurem on selle takistus, seda väiksem on voolutugevus vooluringis. Sel juhul ühendati ahelaga järjestikku kaks takistust: lambipirni hõõgniidi takistus ja takisti takistus. Ja takistuste jadaühenduse korral on vool kõigis ahela punktides sama.

Ampermeetri saate igal hetkel sisse lülitada ja see näitab kõikjal sama väärtust. Seda nähtust võib võrrelda vee vooluga jões. Jõesäng võib erinevates piirkondades olla lai või kitsas, sügav või madal. Kuid teatud aja jooksul läbib jõesängi mis tahes lõigu ristlõike alati sama kogus vett.

Koormusega järjestikku ühendatud lisatakistit võib pidada takistiks, mis “kustutab” osa ahelas toimivast pingest. Pinge, mille lisatakisti kustutab või, nagu öeldakse, langeb üle selle, on seda suurem, mida suurem on selle takisti takistus. Teades täiendava takisti voolu ja takistust, saab selle pingelanguse hõlpsalt arvutada sama tuttava valemiga U = IR, siin:

U – pingelang, V;
I – vool vooluringis, A;
R – lisatakisti takistus, Ohm.

Seoses näitega kustutas takisti R (vt joonist) ülepinge: U = IR = 0,08 × 25 = 2 V. Aku järelejäänud pinge, mis võrdub ligikaudu 2,5 V, langes lambipirni hõõgniitidele. Vajaliku takisti takistuse leiate mõne teise teile tuttava valemi abil: R = U/I, kus:

R – lisatakisti nõutav takistus Ohm;
U – kustutamist vajav pinge, V;
I – vool vooluringis, A.

Vaadeldava näite puhul on lisatakisti takistus: R = U/I = 2/0,075, 27 Ohm. Takistuse muutmisega saate vähendada või suurendada pinget, mis langeb üle lisatakisti, reguleerides nii vooluahelas. Kuid sellises vooluringis olev täiendav takisti R võib olla muutuv, see tähendab takisti, mille takistust saab muuta (vt joonist allpool).

Sel juhul saate takisti liuguri abil sujuvalt muuta koormusele H antud pinget ja seetõttu sujuvalt reguleerida seda koormust läbivat voolu. Sel viisil ühendatud muutuvat takistit nimetatakse reostaadiks. Reostaate kasutatakse voolu reguleerimiseks vastuvõtjate, televiisorite ja võimendite ahelates. Paljudes kinodes kasutati saalis valguse sujuvaks hämardamiseks reostaate. Koormuse ühendamiseks liigpingega vooluallikaga on veel üks viis - kasutades ka muutuvat takistit, kuid ühendatud potentsiomeetriga, see tähendab pingejaguriga, nagu on näidatud alloleval joonisel.

Siin on R1 potentsiomeetriga ühendatud takisti ja R2 on koormus, mis võib olla sama hõõglamp või mõni muu seade. Pingelangus toimub vooluallika takistil R1, mida saab osaliselt või täielikult toita koormusele R2. Kui takisti liugur on madalaimas asendis, ei anta koormusele üldse pinget (kui see on lambipirn, siis see ei sütti).

Kui takisti liugur liigub üles, rakendame koormusele R2 järjest rohkem pinget (kui tegemist on lambipirniga, siis selle hõõgniit hõõgub). Kui takisti R1 liugur on ülemises asendis, rakendatakse kogu vooluallika pinge koormusele R2 (kui R2 on taskulambipirn ja vooluallika pinge on kõrge, põleb lambipirni hõõgniit välja). Saate katseliselt leida muutuva takistiga mootori asendi, kus koormusele antakse vajalik pinge.

Vastuvõtjate ja võimendite helitugevuse reguleerimiseks kasutatakse laialdaselt potentsiomeetritega aktiveeritavaid muutuvaid takisteid. Takisti saab ühendada otse paralleelselt koormusega. Sel juhul hargneb vooluring selles sektsioonis ja läheb kahel paralleelsel teel: läbi lisatakisti ja põhikoormuse. Suurim vool on väikseima takistusega harus.

Mõlema haru voolude summa on võrdne välise vooluahela toiteks kulutatud vooluga. Paralleelühendust kasutatakse juhtudel, kui voolu on vaja piirata mitte kogu vooluringis, nagu täiendava takisti ühendamisel järjestikku, vaid ainult teatud sektsioonis. Täiendavad takistid on ühendatud näiteks paralleelselt milliammeetritega, et need saaksid mõõta suuri voolusid. Selliseid takisteid nimetatakse šuntideks või šuntideks. Sõna šunt tähendab oksa.

Nagu elektrivool, pinge, takistus ja võimsus. Kätte on jõudnud aeg elektriliste põhiseaduste, nii-öelda aluse jaoks, mille teadmata ja mõistmiseta on võimatu uurida ja mõista elektroonilisi vooluringe ja seadmeid.

Ohmi seadus

Elektrivool, pinge, takistus ja võimsus on kindlasti omavahel seotud. Ja nendevahelist suhet kirjeldab kahtlemata kõige olulisem elektriseadus - Ohmi seadus. Lihtsustatud kujul nimetatakse seda seadust: Ohmi seadus vooluringi lõigu jaoks. Ja see seadus kõlab nii:

"Voolu tugevus vooluahela sektsioonis on otseselt võrdeline pingega ja pöördvõrdeline vooluahela antud sektsiooni elektritakistusega."

Praktiliseks rakendamiseks saab Ohmi seaduse valemit esitada sellise kolmnurga kujul, mis lisaks valemi põhiesitlusele aitab määrata ka teisi suurusi.

Kolmnurk töötab järgmiselt. Ühe koguse arvutamiseks katke see lihtsalt sõrmega. Näiteks:

Eelmises artiklis tõime analoogia elektri ja vee vahel ning tuvastasime seose pinge, voolu ja takistuse vahel. Ohmi seaduse hea tõlgendus võib olla ka järgmine joonis, mis näitab selgelt seaduse olemust:

Sellel näeme, et "Volt" (pinge) mees surub "Ampere" (voolu) inimese läbi juhtme, mis tõmbab kokku "Ohm" mehe (takistus). Seega selgub, et mida tugevam takistus juhet kokku surub, seda raskem on voolul seda läbida ("voolu tugevus on pöördvõrdeline vooluringi sektsiooni takistusega" - või mida suurem on takistus, hullem on see voolu jaoks ja mida väiksem see on). Kuid pinge ei maga ja surub voolu kogu jõust (mida kõrgem on pinge, seda suurem on vool või - "voolu tugevus vooluringi sektsioonis on otseselt võrdeline pingega").

Kui taskulamp hakkab tuhmilt paistma, ütleme "aku on tühi". Mis sellega juhtus, mida see tähendab, et see on tühjaks saanud? See tähendab, et aku pinge on langenud ja see ei suuda enam "aidata" voolul taskulambi ja lambipirni ahelate takistust ületada. Seega selgub, et mida kõrgem on pinge, seda suurem on vool.

Jadaühendus - jadalülitus

Tarbijate, näiteks tavaliste lambipirnide järjestikuse ühendamisel on iga tarbija vool sama, kuid pinge on erinev. Igal tarbijal pinge langeb (väheneb).

Ja Ohmi seadus jadaahelas näeb välja selline:

Jadaühendamisel tarbijatakistused liidetakse. Kogutakistuse arvutamise valem:

Paralleelühendus - paralleelahel

Paralleelse ühenduse korral rakendatakse igale tarbijale sama pinge, kuid iga tarbijat läbiv vool, kui nende takistus on erinev, on erinev.

Ohmi seadus kolmest tarbijast koosneva paralleelahela jaoks näeb välja järgmine:

Paralleelselt ühendamisel on vooluahela kogutakistus alati väiksem kui väikseim individuaalne takistus. Või nad ütlevad ka, et "vastupanu on väiksem kui vähim".

Kahest paralleelühenduses olevast tarbijast koosneva vooluahela kogutakistus:

Kolmest paralleelühenduses olevast tarbijast koosneva vooluahela kogutakistus:

Suurema hulga tarbijate puhul tehakse arvutus lähtuvalt sellest, et paralleelühenduse korral arvutatakse juhtivus (takistuse pöördväärtus) iga tarbija juhtivuste summana.

Elektrienergia

Võimsus on füüsikaline suurus, mis iseloomustab elektrienergia ülekande või muundamise kiirust. Võimsus arvutatakse järgmise valemi abil:

Seega, teades allika pinget ja mõõtes tarbitud voolu, saame määrata elektriseadme tarbitava võimsuse. Ja vastupidi, teades elektriseadme võimsust ja võrgu pinget, saame määrata tarbitava vooluhulga. Sellised arvutused on mõnikord vajalikud. Näiteks kasutatakse elektriseadmete kaitsmiseks kaitsmeid või kaitselüliteid. Õige kaitsevarustuse valimiseks peate teadma hetketarbimist. Kodumasinates kasutatavad kaitsmed on enamasti parandatavad ja nende taastamiseks piisab

Iga elektriahel sisaldab tingimata elektrienergia allikat ja selle vastuvõtjat.

Vaatleme näiteks lihtsat elektriahelat, mis koosneb akust ja hõõglambist.

Aku on elektrienergia allikas, lambipirn on selle vastuvõtja. Elektriallika pooluste vahel on potentsiaalide erinevus (+ ja -), kui ahel on suletud, algab selle võrdsustamise protsess elektromotoorjõu, lühendatult EMF, mõjul. Ahelat läbib elektrivool, mis teeb tööd - lambipirni spiraali kuumutades hakkab spiraal helendama.
Elektrivool (J) on laetud osakeste, antud juhul elektronide, järjestatud liikumine.
Elektronidel on negatiivne laeng ja seetõttu on nende liikumine suunatud toiteallika positiivse (+) pooluse poole.

Sel juhul tekib alati elektromagnetväli, mis levib (+) allikast (-) allikani (elektronide liikumise suunas) läbi elektriahela valguse kiirusel.

Traditsiooniliselt arvatakse, et elektrivool (J) liigub positiivselt (+) pooluselt negatiivsesse (-). Elektronide korrastatud liikumine läbi juhiks oleva aine kristallvõre ei kulge takistamatult. Elektronid interakteeruvad aine aatomitega, põhjustades selle kuumenemise. Seega on ainel

vastupanu (R) seda läbiv elektrivool. Ja mida suurem on takistuse väärtus sama vooluväärtuse juures, seda tugevam on küte. Elektritakistus on väärtus, mis iseloomustab elektriahela (või selle sektsiooni) takistust elektrivoolule, mõõdetuna Omaha Elektritakistus on väärtus, mis iseloomustab elektriahela (või selle sektsiooni) takistust elektrivoolule, mõõdetuna. Elektronide korrastatud liikumine läbi juhiks oleva aine kristallvõre ei kulge takistamatult. Elektronid interakteeruvad aine aatomitega, põhjustades selle kuumenemise. Elektriline pinge(U) - elektrivoolu allika potentsiaalse erinevuse suurus.

Elektriline
(U), elektriline
(R), elektriline
praegune

Uurige praegust tugevust.

Uurige pinget.
Uurige vastupanu.
Uurige jõudu.

Lähtestage kõik väärtused. Ülaltoodud Ohmi seaduse kalkulaatori abil saate hõlpsalt arvutada mis tahes elektrienergia vastuvõtja voolu, pinge ja takistuse väärtused. Samuti saate pinge ja voolu väärtuste asendamisega määrata selle võimsuse ja vastupidi. Näiteks peate välja selgitama elektri tarbitava voolu. veekeetja, võimsus 2,2 kW.

Kirchhoffi teine seadus ütleb: suletud elektriahelas on emfi algebraline summa võrdne ahela üksikute lõikude pingelanguste algebralise summaga. Selle seaduse kohaselt võime alloleval joonisel näidatud vooluringi jaoks kirjutada:

R p = R 1 + R 2

See tähendab, et kui vooluahela elemendid on ühendatud järjestikku, on vooluahela kogutakistus võrdne selle koostisosade takistuste summaga ja pinge jaotub nende vahel proportsionaalselt igaühe takistusega.
Näiteks uusaasta vanikus, mis koosneb 100 väikesest identsest lambipirnist, millest igaüks on mõeldud 2,5-voldise pinge jaoks ja mis on ühendatud 220-voldise võrguga, on igal lambipirnil 220/100 = 2,2 volti.
Ja loomulikult töötab ta selles olukorras õnnelikult elu lõpuni.

AC.

Vahelduvvool, erinevalt alalisvoolust, ei oma konstantset suunda. Näiteks tavalises majapidamiselektris. võrgud 220 volti 50 hertsi, pluss ja miinus vahetavad kohti 50 korda sekundis. Ohmi ja Kirchhoffi seadused alalisvooluahelate kohta kehtivad ka vahelduvvooluahelate puhul, kuid ainult elektriliste vastuvõtjate puhul, millel on aktiivne vastupidavus puhtal kujul, st nagu erinevad kütteelemendid ja hõõglambid.

Lisaks tehakse kõik arvutused kehtiv voolu ja pinge väärtused. Vahelduvvoolu jõu efektiivne väärtus on arvuliselt võrdne termiliselt ekvivalentse alalisvoolu jõuga. Efektiivne väärtus Jmuutuja = 0,707*Jkonstant Efektiivne väärtus Uvariable = 0,707*Ukonstant Näiteks meie koduvõrgus praegune Vahelduvpinge väärtus - 220 volti, ja selle maksimaalne (amplituudi) väärtus =

220*(1 / 0,707) = 310 volti.

Ohmi ja Kirchhoffi seaduste roll elektriku igapäevaelus.
Elektrik (absoluutselt igaüks ja igaüks) seisab oma töötegevuses igapäevaselt silmitsi nende põhiseaduste ja reeglite tagajärgedega, võib öelda, et ta elab nende tegelikkuses. Kas ta kasutab erinevates õppeasutustes suurte raskustega omandatud teoreetilisi teadmisi igapäevaste tööülesannete täitmisel?

Reeglina - ei! Enamasti on see lihtne - lihtsalt, vajaduse puudumisel - seda teha.

Mõnikord on elektrikute seas amatöördisainereid, kuid enamasti on nad uuendajad. Need inimesed kasutavad aeg-ajalt oma teoreetilisi teadmisi hüvanguks, arendades ja konstrueerides erinevaid seadmeid nii isiklikel eesmärkidel kui ka oma kodumaise tootmise hüvanguks. Ilma Ohmi ja Kirchhoffi seaduste teadmata on tulevase seadme vooluringi moodustavate elektriahelate arvutused täiesti võimatud.

Üldiselt võib öelda, et Ohmi ja Kirchhoffi seadused on pigem projekteerimisinseneri kui elektriku “tööriist”.

Ohmi seadus on üks elektrotehnika põhiseadusi. See on üsna lihtne ja seda kasutatakse peaaegu kõigi elektriahelate arvutamisel. Kuid sellel seadusel on mõned funktsioonid vahelduv- ja alalisvooluahelates töötamiseks reaktiivsete elementide juuresolekul. Neid funktsioone tuleb alati meeles pidada.

Ohmi seaduse klassikaline diagramm näeb välja selline:

Ja see kõlab veelgi lihtsamalt - vooluahela sektsioonis voolav vool võrdub vooluahela pinge ja selle takistuse suhtega, mida väljendatakse valemiga:

Kuid me teame, et lisaks aktiivsele takistusele R on olemas ka reaktiivinduktiivsus X L ja mahtuvus X C. Kuid peate tunnistama, et puhtalt aktiivse takistusega elektriahelad on äärmiselt haruldased. Vaatame vooluringi, milles induktiivpool L, kondensaator C ja takisti R on ühendatud järjestikku:

Lisaks puhtalt aktiivsele takistusele R on induktiivsusel L ja mahtuvusel C ka reaktants X L ja X C, mida väljendatakse valemitega:

Kus ω on võrgu tsükliline sagedus, mis võrdub ω = 2πf. f – võrgu sagedus hertsides.

Alalisvoolu korral on sagedus null (f = 0), vastavalt muutub induktiivsus nulliks (valem (1)) ja mahtuvus muutub lõpmatuseks (2), mis põhjustab elektriahela katkestuse. Sellest võime järeldada, et alalisvooluahelates elementide reaktiivsust ei esine.

Kui arvestada klassikalist vahelduvvoolu kasutavat elektriahelat, siis see praktiliselt ei erine alalisvoolust, vaid ainult pingeallikas (konstantse - vahelduvvoolu asemel):

Sellest tulenevalt jääb sellise kontuuri valem samaks:

Aga kui muudame vooluringi keerulisemaks ja lisame sellele reaktiivseid elemente:

Olukord muutub dramaatiliselt. Nüüd ei ole f võrdne nulliga, mis näitab, et lisaks aktiivtakistusele on ahelasse sisse viidud ka reaktants, mis võib samuti mõjutada ahelas voolava voolu suurust ja . Nüüd on ahela kogutakistus (tähistatud kui Z) ja see ei ole võrdne aktiivsega Z ≠ R. Valem on järgmisel kujul:

Sellest lähtuvalt muutub Ohmi seaduse valem veidi:

Miks see oluline on?

Nende nüansside tundmine võimaldab teil vältida tõsiseid probleeme, mis võivad tekkida valest lähenemisest teatud elektriprobleemide lahendamisele. Näiteks on vahelduvpinge ahelaga ühendatud järgmiste parameetritega induktiivpool: f nom = 50 Hz, U nom = 220 V, R = 0,01 Ohm, L = 0,03 H. Seda mähist läbiv vool on võrdne.

Paneme kokku elektriahela (joonis 1, A), mis koosneb akust 1 pinge 2 V, kangi reostaat 2 , kaks mõõteriista - voltmeeter 3 ja ampermeeter 4 ja ühendusjuhtmed 5 . Seadke reostaadi abil vooluahela takistuseks 2 oomi. Seejärel näitab aku klemmidega ühendatud voltmeeter pinget 2 V ja ahelaga järjestikku ühendatud ampermeeter näitab voolu 1 A. Suurendame pinge 4 V-ni, ühendades teise aku (joonis 1, b). Sama takistusega vooluringis - 2 oomi - näitab ampermeeter juba voolu 2 A. 6 V pingega aku muudab ampermeetri näidu väärtuseks 3 A (joonis 1, V). Võtame oma tähelepanekud kokku tabelis 1.

Joonis 1. Voolu muutmine elektriahelas pinge muutmise teel konstantse takistusega

Tabel 1

Voolu sõltuvus konstantse takistusega pingest

Sellest võime järeldada, et konstantse takistusega vooluahelas on vool seda suurem, mida suurem on selle vooluahela pinge ja vool suureneb nii mitu korda kui pinge kasvab.

Nüüd paneme samasse vooluringi 2 V pingega aku ja kasutame reostaati, et seada ahela takistuseks 1 oomi (joonis 2, A). Siis näitab ampermeeter 2 A. Suurendame reostaadiga takistust 2 oomini (joonis 2, b). Ampermeetri näit (samal vooluahela pingel) on juba 1 A.

Joonis 2. Voolu muutmine elektriahelas takistuse muutmise teel konstantsel pingel

Ahela takistusega 3 oomi (joonis 2, V) ampermeetri näit on 2/3 A.

Katse tulemused võtame kokku tabelis 2.

Tabel 2

Voolu voolu sõltuvus konstantse pinge takistusest

Sellest järeldub, et konstantse pinge korral on vooluahela vool seda suurem, mida väiksem on selle vooluahela takistus, ja voolutugevus ahelas suureneb nii mitu korda, kui ahela takistus väheneb.

Nagu katsed näitavad, on voolutugevus vooluahela sektsioonis otseselt võrdeline selle sektsiooni pingega ja pöördvõrdeline sama sektsiooni takistusega. Seda suhet tuntakse Ohmi seadusena.

Kui tähistame: I– voolutugevus amprites; U– pinge voltides; r- takistus oomides, siis saab Ohmi seadust esitada valemiga:

see tähendab, et voolutugevus ahela antud sektsioonis on võrdne selle sektsiooni pingega, mis on jagatud sama sektsiooni takistusega.

Video 1. Ohmi seadus vooluringi lõigu kohta

Näide 1. Määrake vool, mis läbib hõõglambi hõõgniidi, kui hõõgniidi pidev takistus on 240 oomi ja lamp on ühendatud 120 V pingega võrku.

Ohmi seaduse valemit kasutades saate määrata ka ahela pinge ja takistuse.

U = I × r ,

see tähendab, et ahela pinge on võrdne voolu ja selle ahela takistuse korrutisega ja

see tähendab, et ahela takistus võrdub pingega, mis on jagatud vooluahela vooluga.

Näide 2. Millist pinget on vaja 20 A voolu voolamiseks 6-oomise takistusega ahelas?

U = I × r= 20 × 6 = 120 V.

Näide 3. Elektripliidi spiraalist läbib vool 5 A Pliit on ühendatud võrku, mille pinge on 220 V. Määrake elektripliidi spiraali takistus.

Kui valemis U = I × r Vool on 1 A ja takistus on 1 oomi, siis on pinge 1 V:

1 V = 1 A × 1 oomi.

Sellest järeldame: vooluahelas, mille takistus on 1 oomi, toimib pinge 1 V voolutugevusel 1 A.

Pinge kadu

Joonisel 3 on kujutatud elektriahel, mis koosneb akust, takistusest r ja pikad ühendusjuhtmed, millel on oma eritakistus.

Nagu on näha jooniselt 3, näitab aku klemmidega ühendatud voltmeeter pinget 2 V. Juba liini keskel näitab voltmeeter ainult 1,9 V ja takistuse lähedal r pinge on ainult 1,8 V. Seda pinge vähenemist piki ahelat selle ahela üksikute punktide vahel nimetatakse pingekadudeks (languseks).

Pingekadu piki elektriahelat tekib seetõttu, et osa rakendatud pingest kulub vooluahela takistuse ületamiseks. Sel juhul on pingekadu ahela sektsioonis suurem, mida suurem on voolutugevus ja seda suurem on selle vooluringi lõigu takistus. Ohmi seadusest vooluringi lõigu kohta järeldub, et pingekadu voltides ahela sektsioonis on võrdne seda sektsiooni läbiva voolu amprites, mis on korrutatud sama sektsiooni takistusega oomides:

U = I × r .

Näide 4. Generaatorist, mille klemmide pinge on 115 V, edastatakse elekter elektrimootorile juhtmete kaudu, mille takistus on 0,1 oomi. Määrake mootori klemmide pinge, kui see tarbib voolu 50 A.

Ilmselt on mootori klemmide pinge väiksem kui generaatori klemmidel, kuna liinis on pingekadu. Valemi abil määrame, et pingekadu on võrdne:

U = I × r= 50 × 0,1 = 5 V.

Kui liini pingekadu on 5 V, on elektrimootori pinge 115 - 5 = 110 V.

Näide 5. Generaator toodab pinget 240 V. Elekter edastatakse kahest 350 m pikkusest, 10 mm² ristlõikega vaskjuhtmest koosneva liini kaudu elektrimootorile, mis tarbib voolu 15 A. Tuleb välja selgitada. pinge mootori klemmidel.

Mootori klemmide pinge on liini pingekao võrra väiksem kui generaatori pinge. Liini pingekadu U = I × r.

Alates vastupanust r juhtmed on tundmatud, määrame selle valemi abil:

"); pikkus l on 700 m, kuna vool peab liikuma generaatorist mootorisse ja sealt tagasi generaatorisse.

Asendamine r valemisse saame:

U = I × r= 15 × 1,22 = 18,3 V

Seetõttu on mootori klemmide pinge 240–18,3 = 221,7 V

Näide 6. Määrake alumiiniumjuhtmete ristlõige, mida tuleb kasutada 120 V pingel ja 20 A voolul töötava mootori elektrienergia varustamiseks. Mootorile antakse energiat 127 V generaatorist mööda 150 m pikkust joont pikk.

Leiame lubatud pingekadu:

127–120 = 7 V.

Liinijuhtmete takistus peaks olema võrdne:

Valemist

Määrame traadi ristlõike:

kus ρ on alumiiniumi eritakistus (tabel 1, artiklis “Elektritakistus ja juhtivus”).

Valige teatmeteose abil saadaolev ristlõige 25 mm².
Kui sama liin on valmistatud vasktraadiga, on selle ristlõige võrdne:

kus ρ on vase eritakistus (tabel 1, artiklis “Elektritakistus ja juhtivus”).

Valime sektsiooni 16 mm².

Märkigem ka seda, et mõnikord on rakendatava pinge suuruse vähendamiseks vaja tahtlikult saavutada pingekadu.

Näide 7. Elektrikaare stabiilseks põlemiseks on vaja voolu 10 A pingel 40 V. Määrake lisatakistuse suurus, mis tuleb kaarepaigaldisega järjestikku ühendada, et seda toita võrgust pingega. 120 V.

Täiendava takistuse pingekadu on järgmine:

120–40 = 80 V.

Teades lisatakistuse pingekadu ja seda läbivat voolu, saate selle takistuse väärtuse määramiseks kasutada Ohmi seadust vooluahela lõigu jaoks:

Elektriskeemi kaalumisel ei ole me veel arvestanud, et voolutee kulgeb mitte ainult mööda vooluahela välist osa, vaid ka piki ahela sisemist osa, elemendi enda, aku või muu pingeallika sees.

Ahela sisemust läbiv elektrivool ületab selle sisetakistuse ja seetõttu tekib pingelangus ka pingeallika sees.

Järelikult läheb elektrienergia allika elektromotoorjõud (emf) ahela sisemiste ja väliste pingekadude katmiseks.

Kui me määrame E- elektromotoorjõud voltides, I- voolutugevus amprites, r- välisahela takistus oomides, r 0 – vooluahela sisetakistus oomides, U 0 – sisemine pingelang ja U on ahela väline pingelang, saame selle

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

See on Ohmi seaduse valem kogu (täieliku) ahela jaoks. Sõnades kõlab see nii: vool elektriahelas võrdub elektromotoorjõuga, mis on jagatud kogu vooluahela takistusega(sise- ja välistakistuste summa).

Video 2. Ohmi seadus tervikliku vooluringi jaoks

Näide 8. Elektromotoorjõud E element on 1,5 V, selle sisetakistus r 0 = 0,3 oomi. Vastupanule suletud element r= 2,7 oomi. Määrake voolutugevus ahelas.

Näide 9. Määrake e. d.s. element E, takistusele suletud r= 2 oomi, kui vooluringis on vool I= 0,6 A. Elemendi sisetakistus r 0 = 0,5 oomi.

Elemendi klemmidega ühendatud voltmeeter näitab nende pinget, mis on võrdne võrgupingega või pingelangusega välises vooluringis.

U = I × r= 0,6 × 2 = 1,2 V.

Seetõttu on osa e. d.s. Element läheb sisemiste kadude katmiseks ja ülejäänud - 1,2 V - saadetakse võrku.

Sisemine pingelangus

U 0 = I × r 0 = 0,6 × 0,5 = 0,3 V.

Sest E = U 0 + U, See

E= 0,3 + 1,2 =1,5 V

Sama vastuse saab, kui kasutame kogu vooluringi jaoks Ohmi seaduse valemit:

E = I × ( r 0 + r) = 0,6 × (0,5 +2) = 1,5 V.

Voltmeeter, mis on ühendatud mis tahes elektriallika klemmidega. d.s. selle töö ajal näitab nende pinget või võrgupinget. Kui elektriahel on avatud, ei voola seda läbi. Vool ei lähe ka e-allika seest läbi. d.s. ja seetõttu ei toimu sisemist pingelangust. Seetõttu näitab voltmeeter e, kui vooluahel on avatud. d.s. elektrienergia allikas.

Seega on allika klemmidega ühendatud voltmeeter nt. d.s. näitab:
a) suletud elektriahelaga - võrgupinge;
b) avatud elektriahelaga – e. d.s. elektrienergia allikas.

Näide 10. Elemendi elektromotoorjõud on 1,8 V. See on takistusele suletud r= 2,7 oomi. Voolu vooluringis on 0,5 A. Määrake sisetakistus r 0 element ja sisemine pingelang U 0 .

Sest r= 2,7 oomi siis

r 0 = 3,6 – 2,7 = 0,9 oomi;

U 0 = I × r 0 = 0,5 × 0,9 = 0,45 V.

Lahendatud näidetest selgub, et toiteallika klemmidega ühendatud voltmeetri näit. d.s., ei püsi elektriahela erinevates töötingimustes konstantsena. Kui voolutugevus ahelas suureneb, suureneb ka sisemine pingelang. Seetõttu konstantse e. d.s. välisvõrk võtab järjest vähem pinget.

Tabel 3 näitab, kuidas elektriahela pinge muutub ( U) sõltuvalt välistakistuse muutustest ( r) konstantsel e. d.s. ( E) ja sisemine takistus ( r 0) energiaallikas.

Tabel 3

Ahela pinge sõltuvus takistusest r konstantsel e. d.s. ja sisemine takistus r 0