Hei hyvät Sähköasentajan muistiinpanot -sivuston lukijat..

Tänään avaan sivustolle uuden osion nimeltä.

Tässä osiossa yritän selittää sinulle sähköteknisiä kysymyksiä selkeästi ja yksinkertaisesti. Sanon heti, että teoreettiseen tietoon ei mennä liian pitkälle, vaan perusasiat opitaan riittävässä järjestyksessä.

Ensimmäinen asia, jonka haluan esitellä, on Ohmin laki ketjun osalle. Tämä on alkeellisin laki, joka kaikkien pitäisi tietää.

Tämän lain tunteminen antaa meille mahdollisuuden määrittää helposti ja tarkasti virran, jännitteen (potentiaalieron) ja vastuksen arvot piirin osassa.

Kuka on Om? Hieman historiaa

Ohmin lain löysi kuuluisa saksalainen fyysikko Georg Simon Ohm vuonna 1826. Tältä hän näytti.

En kerro sinulle Georg Ohmin koko elämäkertaa. Saat lisätietoja tästä muista lähteistä.

Sanon vain tärkeimmät asiat.

Hänen mukaansa on nimetty sähkötekniikan peruslaki, jota käytämme aktiivisesti monimutkaisissa laskelmissa suunnittelussa, tuotannossa ja jokapäiväisessä elämässä.

Ohmin laki ketjun homogeeniselle osalle on seuraava:

I – piirin osan läpi kulkevan virran arvo (mitattu ampeereina)

U – jännitearvo piirin osassa (mitattu voltteina)

R – piiriosan resistanssiarvo (mitattu ohmeina)

Jos kaava selitetään sanoin, käy ilmi, että virran voimakkuus on verrannollinen jännitteeseen ja kääntäen verrannollinen piiriosan resistanssiin.

Tehdään kokeilu

Ymmärtääksesi kaavan ei sanoin, vaan teoin, sinun on koottava seuraava kaavio:

Tämän artikkelin tarkoituksena on näyttää selkeästi, kuinka Ohmin lakia käytetään piirin osassa. Siksi kokosin tämän piirin työpöydälleni. Katso alta, miltä hän näyttää.

Ohjausnäppäimellä (valintanäppäimellä) voit valita lähtöön joko vakiojännitteen tai vaihtojännitteen. Meidän tapauksessamme käytetään vakiojännitettä. Muutan jännitetasoa käyttämällä laboratorioautomuuntajaa (LATR).

Kokeessamme käytän jännitettä piirin osan yli, joka on 220 (V). Tarkistamme lähtöjännitteen volttimittarilla.

Nyt olemme täysin valmiita suorittamaan oman kokeilumme ja testaamaan Ohmin lakia todellisuudessa.

Annan alla 3 esimerkkiä. Jokaisessa esimerkissä määritetään vaadittu arvo kahdella menetelmällä: kaavan avulla ja käytännöllisesti.

Esimerkki #1

Ensimmäisessä esimerkissä meidän on löydettävä virta (I) piirissä, kun tiedetään vakiojännitelähteen suuruus ja LED-lampun resistanssiarvo.

Tasajännitelähteen jännite on U = 220 (V). LED-lamppujen vastus on R = 40740 (ohm).

Kaavan avulla löydämme virran piirissä:

I = U/R = 220 / 40740 = 0,0054 (A)

Kytkemme sarjaan ampeerimittaritilassa päälle kytketyn LED-lampun kanssa ja mittaamme piirin virran.

Yleismittarin näyttö näyttää piirin virran. Sen arvo on 5,4 (mA) tai 0,0054 (A), mikä vastaa kaavan määrittämää virtaa.

Esimerkki nro 2

Toisessa esimerkissä meidän on löydettävä piirin osan jännite (U) tietäen piirin virran määrä ja LED-lampun resistanssiarvo.

I = 0,0054 (A)

R = 40740 (ohm)

Kaavan avulla löydämme piiriosan jännitteen:

U = I*R = 0,0054 *40740 = 219,9 (V) = 220 (V)

Tarkastellaan nyt saatua tulosta käytännössä.

Kytkemme LED-lampun rinnalle volttimittaritilassa päällä olevan yleismittarin ja mittaamme jännitteen.

Yleismittarin näyttö näyttää mitatun jännitteen. Sen arvo on 220 (V), mikä vastaa Ohmin lain kaavalla löydettyä jännitettä piirin osuudelle.

Esimerkki nro 3

Kolmannessa esimerkissä meidän on löydettävä piiriosan resistanssi (R) tietäen piirin virran suuruus ja piiriosan jännitearvo.

I = 0,0054 (A)

U = 220 (V)

Käytetään jälleen kaavaa ja etsitään piiriosan resistanssi:

R = U/I = 220/0,0054 = 40740,7 (ohm)

Tarkastellaan nyt saatua tulosta käytännössä.

Mittaamme LED-lampun resistanssin yleismittarilla.

Tuloksena oleva arvo oli R = 40740 (ohm), joka vastaa kaavan löytämää vastusta.

Kuinka helppoa onkaan muistaa Ohmin laki piirin osalle!!!

Jotta et menisi hämmentymään ja muistaisi helposti kaavan, voit käyttää pientä vihjettä, jonka voit tehdä itse.

Piirrä kolmio ja syötä siihen sähköpiirin parametrit alla olevan kuvan mukaisesti. Sinun pitäisi saada se näin.

Miten sitä käytetään?

Vihjekolmion käyttö on erittäin helppoa ja yksinkertaista. Sulje sormella piiriparametri, joka on löydettävä.

Jos muut kolmion parametrit sijaitsevat samalla tasolla, ne on kerrottava.

Jos muut kolmion parametrit sijaitsevat eri tasoilla, on tarpeen jakaa ylempi parametri alemmalla.

Vihjekolmion avulla et hämmentyisi kaavassa. Mutta on parempi oppia se kuin kertotaulukko.

Johtopäätökset

Artikkelin lopussa teen johtopäätöksen.

Sähkövirta on elektronien suunnattua virtaa pisteestä B miinuspotentiaalilla pisteeseen A pluspotentiaaliin. Ja mitä suurempi näiden pisteiden välinen potentiaaliero on, sitä enemmän elektroneja siirtyy pisteestä B pisteeseen A, ts. Piirin virta kasvaa, mikäli piirin vastus pysyy muuttumattomana.

Mutta hehkulampun vastus vastustaa sähkövirran virtausta. Ja mitä suurempi vastus piirissä (usean hehkulamppujen sarjakytkentä), sitä vähemmän virtaa piirissä on vakiolla verkkojännitteellä.

P.S. Löysin täältä Internetistä hauskan mutta selittävän sarjakuvan Ohmin laista piirin osalle.

Haluaisin alkaa selittää yhden sähkötekniikan peruslain toimintaperiaatetta allegorialla - näyttäen pienen sarjakuvan yhdestä kolmesta miehestä nimeltä "Voltage U", "Resistance R" ja "Current I" .

Se osoittaa, että "Current" yrittää ryömiä läpi putken kavennuksesta, jota "Resistance" ahkerasti kiristää. Samanaikaisesti "Voltage" tekee suurimman mahdollisen vaivan ohittaakseen, paina "Virta".

Tämä kuva muistuttaa meitä siitä, että tämä on varautuneiden hiukkasten määrättyä liikettä tietyssä ympäristössä. Niiden liike on mahdollista käytetyn ulkoisen energian vaikutuksesta, mikä luo potentiaalieron - jännitteen. Kuitenkin johtimien ja piirielementtien sisäiset voimat vähentävät virran suuruutta ja vastustavat sen liikettä.

Tarkastellaan yksinkertaista kaaviota 2, joka selittää Ohmin lain toiminnan tasavirtasähköpiirin osassa.

Käytämme jännitelähteenä U:ta, jonka liitämme resistanssiin R paksuilla ja samalla lyhyillä johtimilla kohdissa A ja B. Oletetaan, että johdot eivät vaikuta vastukseen R kulkevan virran I määrään.

Kaava (1) ilmaisee resistanssin (ohmit), jännitteen (voltit) ja virran (ampeerit) välisen suhteen. He kutsuvat häntä. Kaavan alla oleva ympyrä helpottaa kunkin osaparametrin U, R tai I ilmaisemista muistaa ja käyttää (U sijaitsee viivan yläpuolella ja R ja I ovat alla).

Jos sinun on määritettävä yksi niistä, sulje se henkisesti ja työskentele kahden muun kanssa suorittamalla aritmeettisia operaatioita. Kun arvot sijaitsevat samalla rivillä, kerromme ne. Ja jos ne sijaitsevat eri tasoilla, jaamme ylemmän alempaan.

Nämä suhteet on esitetty alla olevan kuvan 3 kaavoissa 2 ja 3.

Tässä piirissä virtaa mitataan ampeerimittarilla, joka on kytketty sarjaan kuorman R kanssa, ja jännite mitataan volttimittarilla, joka on kytketty rinnan vastuksen pisteiden 1 ja 2 kanssa. Ottaen huomioon laitteiden suunnitteluominaisuudet, oletetaan, että ampeerimittari ei vaikuta piirin virran arvoon, eikä volttimittari vaikuta jännitteeseen.

Resistanssin määrittäminen Ohmin lain avulla

Mittarilukemien (U=12 V, I=2,5 A) avulla voit määrittää kaavan 1 avulla resistanssiarvon R=12/2,5=4,8 ohmia.

Käytännössä tämä periaate sisältyy mittauslaitteiden toimintaan - ohmimittareihin, jotka määrittävät erilaisten sähkölaitteiden aktiivisen vastuksen. Koska ne voidaan konfiguroida mittaamaan erilaisia ​​arvoalueita, ne jaetaan vastaavasti mikro- ja milliohmetreihin, jotka toimivat pienillä vastuksilla, sekä tera-, gigo- ja megaohmetreihin, jotka mittaavat erittäin suuria arvoja.

Tiettyjä käyttöolosuhteita varten ne valmistetaan:

kannettava;

paneeli;

laboratoriomallit.

Ohmimittarin toimintaperiaate

Mittausten suorittamiseen käytetään yleensä magnetosähköisiä laitteita, vaikka viime aikoina elektronisia (sekä analogisia että digitaalisia) on otettu laajalti käyttöön.

Magnetosähköisen järjestelmän ohmimittari käyttää virtaa rajoittavaa vastusta R, joka kulkee vain milliampeerit läpi itsensä, ja herkkää mittapäätä (milliametri). Se reagoi pienten virtojen virtaukseen laitteen läpi kestomagneetin N-S kahden sähkömagneettisen kentän ja kelan 1 ja johtavan jousen 2 käämin läpi kulkevan virran muodostaman kentän vuorovaikutuksen vuoksi.

Magneettikenttävoimien vuorovaikutuksen seurauksena instrumentin neula taipuu tietyssä kulmassa. Työskentelyn helpottamiseksi päävaaka on heti asteikolla ohmeilla. Tässä tapauksessa resistanssin ilmaisua virran kautta käytetään kaavan 3 mukaisesti.

Tarkkojen mittausten varmistamiseksi ohmimittarin on säilytettävä akusta syötetyn jännitteen tasainen arvo. Tätä tarkoitusta varten kalibrointi suoritetaan käyttämällä ylimääräistä säätövastusta R reg. Sen avulla rajoitetaan ylijännitteen syöttöä lähteestä piiriin ennen mittauksen aloittamista ja asetetaan tiukasti vakaa, standardoitu arvo.

Jännitteen määrittäminen Ohmin lain avulla

Sähköpiirien kanssa työskennellessä on aikoja, jolloin on tarpeen selvittää jonkin elementin, esimerkiksi vastuksen, jännitehäviö, mutta sen resistanssi, joka on yleensä merkitty koteloon, ja sen läpi kulkeva virta tunnetaan. Tätä varten ei tarvitse kytkeä volttimittaria, vaan käytä vain laskelmia kaavan 2 avulla.

Meidän tapauksessamme kuvalle 3 teemme laskelmat: U=2,5·4,8 =12 V.

Virran määrittäminen Ohmin lain avulla

Tätä tapausta kuvataan kaavalla 3. Sitä käytetään sähköpiirien kuormien laskemiseen, johtimien, kaapeleiden, sulakkeiden tai katkaisijoiden poikkileikkausten valitsemiseen.

Esimerkissämme laskenta näyttää tältä: I=12/4,8=2,5 A.

Ohitusleikkaus

Tätä sähkötekniikan menetelmää käytetään tiettyjen elementtien toiminnan sulkemiseen pois piiristä purkamatta niitä. Tätä varten tulo- ja lähtöliittimet (kuvissa 1 ja 2) oikosuljetaan johtimella tarpeettoman vastuksen avulla - ne on ohitettu.

Tämän seurauksena piirivirta valitsee reitin, jolla on pienempi vastus shuntin läpi ja kasvaa jyrkästi, ja ohitetun elementin jännite putoaa nollaan.

Oikosulku

Tämä tila on ohituksen erikoistapaus, ja se näkyy yleensä yllä olevassa kuvassa, kun oikosulku on asennettu lähteen lähtöliittimiin. Kun se tapahtuu, syntyy erittäin vaarallisia suuria virtoja, jotka voivat tartuttaa ihmisiä ja polttaa suojaamattomia sähkölaitteita.

Sähköverkon satunnaisten oikosulkujen torjumiseksi käytetään suojausta. Ne on asetettu sellaisiin asetuksiin, jotka eivät häiritse piirin toimintaa normaalitilassa. Ne katkaisevat virran vain hätätilanteissa.

Esimerkiksi, jos lapsi työntää vahingossa johdon kodin pistorasiaan, oikein konfiguroitu kotitalouksien syöttöpaneelin automaattinen katkaisija katkaisee virran lähes välittömästi.

Kaikki edellä kuvattu pätee Ohmin lakiin DC-piirin osalle, ei koko piirille, jossa voi olla huomattavasti enemmän prosesseja. On ymmärrettävä, että tämä on vain pieni osa sen sovelluksesta sähkötekniikassa.

Kuuluisan tiedemiehen Georg Simon Ohmin tunnistamia kuvioita virran, jännitteen ja vastuksen välillä kuvataan eri tavalla eri ympäristöissä ja vaihtovirtapiireissä: yksivaiheisissa ja kolmivaiheisissa.

Tässä ovat peruskaavat, jotka ilmaisevat metallijohtimien sähköisten parametrien välisiä suhteita.

Monimutkaisempia kaavoja Ohmin lain erityisten laskelmien suorittamiseksi käytännössä.

Kuten näemme, loistavan tiedemiehen Georg Simon Ohmin tekemä tutkimus on erittäin tärkeä myös sähkötekniikan ja automaation nopean kehityksen aikana.

Georg Simon Ohm aloitti tutkimuksensa Jean Baptiste Fourier'n kuuluisan teoksen "The Analytical Theory of Heat" inspiroimana. Tässä työssä Fourier edusti kahden pisteen välistä lämpövirtaa lämpötilaerona ja liitti lämpövirran muutoksen sen kulkemiseen epäsäännöllisen muotoisen, lämpöä eristävästä materiaalista tehdyn esteen läpi. Samoin Ohm aiheutti sähkövirran esiintymisen potentiaalierolla.

Tämän perusteella Ohm alkoi kokeilla erilaisia ​​johdinmateriaaleja. Niiden johtavuuden määrittämiseksi hän kytkei ne sarjaan ja sääti niiden pituutta siten, että virran voimakkuus oli sama kaikissa tapauksissa.

Tällaisissa mittauksissa oli tärkeää valita halkaisijaltaan samanlaiset johtimet. Ohm, mittaamalla hopean ja kullan johtavuutta, saatiin tuloksia, jotka nykyaikaisten tietojen mukaan eivät ole tarkkoja. Siten Ohmin hopeajohdin johti vähemmän sähkövirtaa kuin kulta. Om itse selitti tämän sanomalla, että hänen hopeajohtimensa oli päällystetty öljyllä ja tämän vuoksi ilmeisesti koe ei antanut tarkkoja tuloksia.

Tämä ei kuitenkaan ollut ainoa ongelma, jonka kanssa samanlaisia ​​sähkökokeita tuolloin harjoittaneilla fyysikoilla oli ongelmia. Suuret vaikeudet saada puhtaita materiaaleja ilman epäpuhtauksia kokeisiin ja vaikeudet johtimen halkaisijan kalibroinnissa vääristelivät testituloksia. Vielä suurempi pulma oli se, että virran voimakkuus muuttui jatkuvasti kokeiden aikana, koska virran lähde oli vuorottelevat kemialliset alkuaineet. Tällaisissa olosuhteissa Ohm johti virran logaritmisen riippuvuuden langan resistanssista.

Hieman myöhemmin saksalainen fyysikko Poggendorff, joka on erikoistunut sähkökemiaan, ehdotti, että Ohm korvaisi kemialliset alkuaineet vismutista ja kuparista valmistetulla termoparilla. Om aloitti kokeilunsa uudelleen. Tällä kertaa hän käytti akkuna Seebeck-ilmiöllä toimivaa lämpösähköistä laitetta. Hän liitti siihen sarjaan 8 kuparijohdinta, jotka olivat halkaisijaltaan samanlaisia, mutta eripituisia. Virran mittaamiseksi Ohm ripusti magneettisen neulan johtimien päälle metallilangalla. Tämän nuolen suuntaisesti kulkeva virta siirsi sen sivuun. Kun tämä tapahtui, fyysikko kierteli lankaa, kunnes nuoli palasi alkuperäiseen asentoonsa. Sen kulman perusteella, jossa lanka oli kierretty, voidaan arvioida virran arvo.

Uuden kokeen tuloksena Ohm päätyi kaavaan:

X = a / b + l

Tässä X– langan magneettikentän intensiteetti, l- langan pituus, a- vakio lähdejännite, b– piirin muiden elementtien vastusvakio.

Jos käännymme nykyaikaisiin termeihin kuvaamaan tätä kaavaa, saamme sen X- virran voimakkuus, A– lähteen EMF, b + l– piirin kokonaisvastus.

Ohmin laki piiriosalle

Ohmin laki piirin erilliselle osalle sanoo: virran voimakkuus piirin osassa kasvaa jännitteen kasvaessa ja pienenee tämän osan resistanssin kasvaessa.

I=U/R

Tämän kaavan perusteella voimme päättää, että johtimen resistanssi riippuu potentiaalierosta. Matemaattisesta näkökulmasta tämä on oikein, mutta fysiikan näkökulmasta se on väärä. Tätä kaavaa voidaan soveltaa vain resistanssin laskemiseen piirin erillisessä osassa.

Siten johtimen resistanssin laskentakaava on muotoa:

R = p ⋅ l/s

Ohmin laki täydelliselle piirille

Ero täydellisen piirin Ohmin lain ja piirin osan Ohmin lain välillä on, että nyt meidän on otettava huomioon kaksi vastustyyppiä. Tämä on "R" järjestelmän kaikkien komponenttien resistanssi ja "r" sähkömotorisen voiman lähteen sisäinen vastus. Kaava saa siis seuraavan muodon:

I = U / R + r

Ohmin laki vaihtovirralle

Vaihtovirta eroaa tasavirrasta siten, että se muuttuu tietyn ajan kuluessa. Erityisesti se muuttaa sen merkitystä ja suuntaa. Ohmin lain soveltamiseksi tässä on otettava huomioon, että tasavirtapiirin resistanssi voi poiketa vaihtovirtapiirin resistanssista. Ja se eroaa, jos piirissä käytetään komponentteja, joilla on reaktanssi. Reaktanssi voi olla induktiivinen (kelat, muuntajat, kuristimet) tai kapasitiivinen (kondensaattori).

Yritetään selvittää, mikä todellinen ero on reaktiivisen ja aktiivisen vastuksen välillä vaihtovirtapiirissä. Sinun pitäisi jo ymmärtää, että jännitteen ja virran arvo tällaisessa piirissä muuttuu ajan myötä ja karkeasti sanottuna sillä on aaltomuoto.

Jos kuvaamme, kuinka nämä kaksi arvoa muuttuvat ajan myötä, saamme siniaallon. Sekä jännite että virta nousevat nollasta maksimiarvoon, sitten putoavat nollan läpi ja saavuttavat negatiivisen maksimiarvon. Tämän jälkeen ne nousevat jälleen nollasta maksimiarvoon ja niin edelleen. Kun virran tai jännitteen sanotaan olevan negatiivinen, se tarkoittaa, että se liikkuu vastakkaiseen suuntaan.

Koko prosessi tapahtuu tietyllä taajuudella. Pistettä, jossa jännite- tai virta-arvo minimiarvosta nousevasta maksimiarvoon kulkee nollan läpi, kutsutaan vaiheeksi.

Itse asiassa tämä on vain esipuhe. Palataan reaktiiviseen ja aktiiviseen vastukseen. Erona on, että piirissä, jossa on aktiivinen vastus, virran vaihe on sama kuin jännitevaihe. Eli sekä virta- että jännitearvo saavuttavat maksimin yhdessä suunnassa samanaikaisesti. Tässä tapauksessa jännitteen, vastuksen tai virran laskentakaavamme ei muutu.

Jos piirissä on reaktanssi, virran ja jännitteen vaiheet siirtyvät toisistaan ​​¼ jakson verran. Tämä tarkoittaa, että kun virta saavuttaa maksimiarvonsa, jännite on nolla ja päinvastoin. Kun induktiivista reaktanssia käytetään, jännitevaihe "ohittaa" nykyisen vaiheen. Kun kapasitanssia käytetään, virran vaihe "ohittaa" jännitevaiheen.

Kaava induktiivisen reaktanssin jännitehäviön laskemiseksi:

U = I ⋅ ωL

Jossa L on reaktanssin induktanssi ja ω – kulmataajuus (värähtelyvaiheen aikaderivaata).

Kaava jännitehäviön laskemiseksi kapasitanssin yli:

U = I / ω ⋅ C

KANSSA– reaktanssikapasitanssi.

Nämä kaksi kaavaa ovat Ohmin lain erikoistapauksia muuttuville piireille.

Kokonainen näyttää tältä:

I = U/Z

Tässä Z– Muuttuvan piirin kokonaisresistanssi tunnetaan nimellä impedanssi.

Soveltamisala

Ohmin laki ei ole fysiikan peruslaki, se on vain joidenkin arvojen kätevä riippuvuus muista, mikä sopii melkein mihin tahansa käytännön tilanteeseen. Siksi on helpompi luetella tilanteet, joissa laki ei ehkä toimi:

• Jos varauksenkuljettajien inertia on olemassa, esimerkiksi joissakin suurtaajuisissa sähkökentissä;
• Suprajohtimissa;
• Jos lanka kuumenee siinä määrin, että virta-jännite-ominaisuus lakkaa olemasta lineaarinen. Esimerkiksi hehkulampuissa;
• Tyhjiö- ja kaasuradioputkissa;
• Diodeissa ja transistoreissa.

Ohmin laki on peruslaki, jota käytetään tasavirtapiirien laskelmissa. Se on perustavanlaatuinen ja sitä voidaan käyttää kaikissa fyysisissä järjestelmissä, joissa on hiukkasten ja kenttien virtoja ja vastus voitetaan.

Kirchhoffin lait tai säännöt ovat sovellus Ohmin lakiin, jota käytetään laskemaan monimutkaisia ​​tasavirtapiirejä.

Ohmin laki

Yleistetty Ohmin laki piirin epätasaiselle osalle (EMF-lähteen sisältävälle piirin osalle) on muotoa:

Potentiaaliero piiriosan päissä; - lähteen EMF piirin kyseisessä osassa; R - piirin ulkoinen vastus; r on EMF-lähteen sisäinen vastus. Jos piiri on auki, mikä tarkoittaa, että siinä ei ole virtaa (), niin kohdasta (2) saamme:

Avoimessa piirissä toimiva emf on yhtä suuri kuin sen päissä oleva potentiaaliero. Osoittautuu, että lähteen EMF:n löytämiseksi sinun tulee mitata potentiaaliero sen liittimissä avoimella piirillä.

Ohmin laki suljetulle piirille kirjoitetaan seuraavasti:

Määrää kutsutaan joskus piirin kokonaisresistanssiksi. Kaava (2) osoittaa, että virtalähteen sähkömotorinen voima jaettuna kokonaisresistanssilla on yhtä suuri kuin virtapiirissä oleva virta.

Kirchhoffin laki

Olkoon mielivaltainen haarautunut johtimien verkko. Tietyillä alueilla mukana on useita virtalähteitä. Lähteiden emf on vakio, ja sen katsotaan olevan tiedossa. Tässä tapauksessa kaikkien piirin osien virrat ja niiden väliset potentiaalierot voidaan laskea Ohmin lain ja varauksen säilymisen lain avulla.

Useita suljettuja piirejä ja useita EMF-lähteitä sisältävien haaroittuneiden sähköpiirien laskentaongelmien ratkaisun yksinkertaistamiseksi käytetään Kirchhoffin lakeja (tai sääntöjä). Kirchhoffin säännöillä luodaan yhtälöjärjestelmä, josta löydetään monimutkaisen haarautuneen piirin elementtien virranvoimakkuudet.

Kirchhoffin ensimmäinen laki

Virtojen summa piirisolmussa niiden etumerkit huomioon ottaen on yhtä suuri kuin nolla:

Kirchhoffin ensimmäinen sääntö on seurausta sähkövarauksen säilymislaista. Piirin missä tahansa solmussa konvergoivien virtojen algebrallinen summa on varaus, joka saapuu solmuun aikayksikköä kohti.

Kun laaditaan yhtälöitä käyttäen Kirchhoffin lakeja, on tärkeää ottaa huomioon merkit, joilla virranvoimakkuudet sisällytetään näihin yhtälöihin. On oletettava, että haarautumiskohtaan menevillä ja haarautumisesta lähtevillä virroilla on päinvastaiset merkit. Tässä tapauksessa sinun on määritettävä itse, mikä suunta (solmua kohti tai siitä poispäin) katsotaan positiiviseksi.

Kirchhoffin toinen laki

Virran algebrallisen arvon (I) tulo suljetun piirin kaikkien osien ulkoisten ja sisäisten vastusten summalla on yhtä suuri kuin kyseisen piirin ulkoisen emf:n () algebrallisten arvojen summa. :

Jokainen tuote määrittää potentiaalieron, joka olisi vastaavan osan päiden välillä, jos sen emf olisi nolla. Suuruutta kutsutaan jännitehäviöksi, joka johtuu virrasta.

Kirchhoffin toinen laki muotoillaan joskus seuraavasti:

Suljetussa piirissä jännitehäviöiden summa on tarkasteltavana olevan piirin emf:n summa.

Kirchhoffin toinen sääntö (laki) on seurausta Ohmin yleistetystä laista. Joten, jos eristetyssä suljetussa piirissä on yksi EMF-lähde, piirin virranvoimakkuus on sellainen, että ulkoisen vastuksen ja lähteen sisäisen resistanssin välisen jännitehäviön summa on yhtä suuri kuin ulkoinen EMF. lähteestä. Jos EMF-lähteitä on useita, ota niiden algebrallinen summa. EMF:n etumerkki valitaan positiiviseksi, jos ääriviivaa pitkin positiiviseen suuntaan liikuttaessa lähteen negatiivinen napa kohtaa ensin. (Piirin ohituksen positiiviseksi suunnaksi katsotaan piirin ohituksen suunta joko myötä- tai vastapäivään).

Esimerkkejä ongelmanratkaisusta

ESIMERKKI 1

Käyttää

Volttimittari oli kytketty sarjaan piiriin, jonka resistanssi oli , ja laite näytti jännitettä. Resistanssi korvattiin . Samanaikaisesti volttimittarin lukemat muuttuivat ja volttimittarin jännite muuttui. Mikä on vastus, jos volttimittarin vastus on r?

Ratkaisu

Ohmin lain mukaan volttimittarin ja vastuksen läpi kulkeva virran voimakkuus on yhtä suuri (ensimmäisessä tapauksessa kuva 1(a)): Toisessa tapauksessa: Virran voimakkuus missä tahansa piirin kohdassa kuvassa 1(a) on yhtä suuri kuin , joten jännite, jonka volttimittari näyttää ensimmäisessä tapauksessa, on yhtä suuri: Kohdasta (1.3) saamme: Toisessa tapauksessa meillä on: Yhdistäkäämme lausekkeiden (1.4) ja (1.5) vasen puoli: Kaavasta (1.6) ilmaistaan ​​vaadittu vastus:

Ohmin laki on yksi sähkötekniikan peruslaeista. Se on melko yksinkertainen ja sitä käytetään melkein kaikkien sähköpiirien laskemiseen. Mutta tällä lailla on joitain toimintoja AC- ja DC-piireissä, kun piirissä on reaktiivisia elementtejä. Nämä ominaisuudet tulee aina muistaa.

Ohmin lain klassinen kaavio näyttää tältä:

Ja se kuulostaa vielä yksinkertaisemmalta - piirin osassa virtaava virta on yhtä suuri kuin piirin jännitteen suhde sen vastukseen, joka ilmaistaan ​​kaavalla:

Mutta tiedämme, että aktiivisen vastuksen R lisäksi on myös reaktanssiinduktanssi X L ja kapasitanssi X C. Mutta sinun on myönnettävä, että sähköpiirit, joissa on puhtaasti aktiivinen vastus, ovat erittäin harvinaisia. Katsotaanpa piiriä, jossa kela L, kondensaattori C ja vastus R on kytketty sarjaan:

Puhtaasti aktiivisen vastuksen R lisäksi induktanssilla L ja kapasitanssilla C on myös reaktanssit X L ja X C, jotka ilmaistaan ​​kaavoilla:

Missä ω on verkon syklinen taajuus, yhtä suuri kuin ω = 2πf. f – verkon taajuus hertseinä.

Tasavirralla taajuus on nolla (f = 0), vastaavasti induktanssireaktanssista tulee nolla (kaava (1)) ja kapasitanssista tulee ääretön (2), mikä johtaa sähköpiirin katkeamiseen. Tästä voimme päätellä, että DC-piireissä ei ole elementtien reaktanssia.

Jos harkitsemme klassista vaihtovirtaa käyttävää sähköpiiriä, se ei käytännössä eroa tasavirrasta, vain jännitelähde (vakion - vaihtovirran sijaan):

Vastaavasti tällaisen ääriviivan kaava pysyy samana:

Mutta jos monimutkaistamme piiriä ja lisäämme siihen reaktiivisia elementtejä:

Tilanne tulee muuttumaan dramaattisesti. Nyt f ei ole yhtä suuri kuin nolla, mikä osoittaa, että aktiivisen vastuksen lisäksi piiriin tuodaan myös reaktanssi, joka voi myös vaikuttaa piirissä kulkevan virran määrään ja . Nyt piirin kokonaisresistanssi (merkitty Z) ja se ei ole yhtä suuri kuin aktiivinen Z ≠ R. Kaava on seuraavanlainen:

Vastaavasti Ohmin lain kaava muuttuu hieman:

Miksi tämä on tärkeää?

Näiden vivahteiden tunteminen auttaa sinua välttämään vakavia ongelmia, jotka voivat syntyä väärästä lähestymistavasta tiettyjen sähköongelmien ratkaisemiseen. Esimerkiksi kela, jolla on seuraavat parametrit, on kytketty vaihtojännitepiiriin: f nom = 50 Hz, U nom = 220 V, R = 0,01 Ohm, L = 0,03 H. Tämän kelan läpi kulkeva virta on yhtä suuri.