Hello, pembaca yang dihormati laman web Electrician's Notes..

Hari ini saya membuka bahagian baharu di tapak yang dipanggil.

Dalam bahagian ini saya akan cuba menerangkan isu kejuruteraan elektrik kepada anda dengan cara yang jelas dan mudah. Saya akan mengatakan dengan segera bahawa kita tidak akan mendalami terlalu jauh ke dalam pengetahuan teori, tetapi kita akan mengetahui asas-asas dalam susunan yang mencukupi.

Perkara pertama yang saya ingin perkenalkan kepada anda ialah hukum Ohm untuk bahagian rantai. Ini adalah undang-undang paling asas yang semua orang perlu tahu.

Pengetahuan tentang undang-undang ini akan membolehkan kita dengan mudah dan tepat menentukan nilai arus, voltan (perbezaan potensi) dan rintangan dalam bahagian litar.

Siapa Om? Sedikit sejarah

Hukum Ohm ditemui oleh ahli fizik Jerman terkenal Georg Simon Ohm pada tahun 1826. Inilah rupa dia.

Saya tidak akan memberitahu anda keseluruhan biografi Georg Ohm. Anda boleh mengetahui lebih lanjut tentang ini pada sumber lain.

Saya hanya akan mengatakan perkara yang paling penting.

Undang-undang paling asas kejuruteraan elektrik dinamakan sempena namanya, yang kami gunakan secara aktif dalam pengiraan kompleks dalam reka bentuk, dalam pengeluaran dan dalam kehidupan seharian.

Hukum Ohm untuk bahagian homogen rantai adalah seperti berikut:

I – nilai arus yang mengalir melalui bahagian litar (diukur dalam ampere)

U – nilai voltan pada bahagian litar (diukur dalam volt)

R – nilai rintangan bahagian litar (diukur dalam Ohms)

Jika formula dijelaskan dalam perkataan, ternyata kekuatan semasa adalah berkadar dengan voltan dan berkadar songsang dengan rintangan bahagian litar.

Mari kita jalankan eksperimen

Untuk memahami formula bukan dalam perkataan, tetapi dalam perbuatan, anda perlu memasang rajah berikut:

Tujuan artikel ini adalah untuk menunjukkan dengan jelas cara menggunakan hukum Ohm untuk bahagian litar. Oleh itu, saya memasang litar ini di meja kerja saya. Lihat di bawah rupa dia.

Menggunakan kekunci kawalan (pemilihan), anda boleh memilih sama ada voltan malar atau voltan ulang-alik pada output. Dalam kes kami, voltan malar digunakan. Saya menukar tahap voltan menggunakan autotransformer makmal (LATR).

Dalam eksperimen kami, saya akan menggunakan voltan merentasi bahagian litar bersamaan dengan 220 (V). Kami menyemak voltan keluaran menggunakan voltmeter.

Kini kami sudah bersedia sepenuhnya untuk menjalankan eksperimen kami sendiri dan menguji undang-undang Ohm dalam realiti.

Di bawah saya akan berikan 3 contoh. Dalam setiap contoh, kami akan menentukan nilai yang diperlukan menggunakan 2 kaedah: menggunakan formula dan secara praktikal.

Contoh #1

Dalam contoh pertama, kita perlu mencari arus (I) dalam litar, mengetahui magnitud sumber voltan malar dan nilai rintangan mentol lampu LED.

Voltan sumber voltan DC ialah U = 220 (V). Rintangan mentol lampu LED ialah R = 40740 (Ohm).

Menggunakan formula, kami mencari arus dalam litar:

I = U/R = 220 / 40740 = 0.0054 (A)

Kami menyambung secara bersiri dengan mentol lampu LED, dihidupkan dalam mod ammeter, dan mengukur arus dalam litar.

Paparan multimeter menunjukkan arus litar. Nilainya ialah 5.4 (mA) atau 0.0054 (A), yang sepadan dengan arus yang ditemui oleh formula.

Contoh No. 2

Dalam contoh kedua, kita perlu mencari voltan (U) bahagian litar, mengetahui jumlah arus dalam litar dan nilai rintangan mentol lampu LED.

I = 0.0054 (A)

R = 40740 (Ohm)

Menggunakan formula, kami mencari voltan bahagian litar:

U = I*R = 0.0054 *40740 = 219.9 (V) = 220 (V)

Sekarang mari kita semak keputusan yang diperolehi dengan cara yang praktikal.

Kami menyambungkan multimeter yang dihidupkan dalam mod voltmeter selari dengan mentol lampu LED dan mengukur voltan.

Paparan multimeter menunjukkan voltan yang diukur. Nilainya ialah 220 (V), yang sepadan dengan voltan yang ditemui menggunakan formula hukum Ohm untuk bahagian litar.

Contoh No. 3

Dalam contoh ketiga, kita perlu mencari rintangan (R) bahagian litar, mengetahui magnitud arus dalam litar dan nilai voltan bahagian litar.

I = 0.0054 (A)

U = 220 (V)

Sekali lagi, mari kita gunakan formula dan cari rintangan bahagian litar:

R = U/I = 220/0.0054 = 40740.7 (Ohm)

Sekarang mari kita semak keputusan yang diperolehi dengan cara yang praktikal.

Kami mengukur rintangan mentol lampu LED menggunakan multimeter.

Nilai yang terhasil ialah R = 40740 (Ohm), yang sepadan dengan rintangan yang ditemui oleh formula.

Betapa mudahnya untuk mengingati Hukum Ohm untuk bahagian litar!!!

Untuk tidak keliru dan mudah mengingati formula, anda boleh menggunakan petunjuk kecil yang boleh anda lakukan sendiri.

Lukiskan segitiga dan masukkan parameter litar elektrik ke dalamnya, mengikut rajah di bawah. Anda harus mendapatkannya seperti ini.

Bagaimana untuk menggunakannya?

Menggunakan segitiga pembayang adalah sangat mudah dan ringkas. Tutup dengan jari anda parameter litar yang perlu dicari.

Jika baki parameter pada segi tiga terletak pada tahap yang sama, maka ia perlu didarab.

Jika baki parameter pada segi tiga terletak pada tahap yang berbeza, maka adalah perlu untuk membahagikan parameter atas dengan yang lebih rendah.

Dengan bantuan segitiga pembayang, anda tidak akan keliru dalam formula. Tetapi lebih baik untuk mempelajarinya seperti jadual pendaraban.

kesimpulan

Pada akhir artikel saya akan membuat kesimpulan.

Arus elektrik ialah aliran elektron terarah dari titik B dengan potensi tolak ke titik A dengan potensi tambah. Dan semakin tinggi beza keupayaan antara titik-titik ini, lebih banyak elektron akan bergerak dari titik B ke titik A, i.e. arus dalam litar akan meningkat, dengan syarat rintangan litar kekal tidak berubah.

Tetapi rintangan mentol menentang aliran arus elektrik. Dan semakin besar rintangan dalam litar (sambungan siri beberapa mentol lampu), semakin sedikit arus dalam litar, pada voltan rangkaian malar.

P.S. Di Internet saya menjumpai kartun lucu tetapi menerangkan tentang topik undang-undang Ohm untuk bahagian litar.

Saya ingin mula menerangkan prinsip operasi salah satu undang-undang asas kejuruteraan elektrik dengan alegori - menunjukkan imej kartun kecil 1 daripada tiga lelaki bernama "Voltage U", "Rintangan R" dan "Semasa I" .

Ia menunjukkan bahawa "Semasa" cuba merangkak melalui penyempitan dalam paip, yang "Ritangan" sedang ketat mengetatkan. Pada masa yang sama, "Voltan" membuat usaha maksimum yang mungkin untuk lulus, menolak "Semasa".

Angka ini mengingatkan kita bahawa ini adalah pergerakan tertib zarah bercas dalam persekitaran tertentu. Pergerakan mereka adalah mungkin di bawah pengaruh tenaga luaran yang digunakan, yang mencipta perbezaan potensi - voltan. Walau bagaimanapun, daya dalaman konduktor dan elemen litar mengurangkan magnitud arus dan menahan pergerakannya.

Mari kita pertimbangkan rajah mudah 2, menerangkan tindakan hukum Ohm untuk bahagian litar elektrik arus terus.

Kami menggunakan U sebagai sumber voltan, yang kami sambungkan ke rintangan R dengan wayar yang tebal dan pada masa yang sama pendek pada titik A dan B. Mari kita anggap bahawa wayar tidak menjejaskan jumlah arus yang saya hantar ke perintang R.

Formula (1) menyatakan hubungan antara rintangan (ohms), voltan (volt) dan arus (amp). Mereka memanggilnya. Bulatan di bawah formula menjadikannya lebih mudah diingat dan digunakan untuk menyatakan setiap parameter konstituen U, R atau I (U terletak di atas sempang, dan R dan I di bawah).

Sekiranya anda perlu menentukan salah satu daripadanya, maka tutupnya secara mental dan bekerjasama dengan dua yang tinggal, melakukan operasi aritmetik. Apabila nilai terletak pada baris yang sama, kami mendarabkannya. Dan jika ia terletak pada tahap yang berbeza, kami membahagikan yang atas ke yang lebih rendah.

Hubungan ini ditunjukkan dalam formula 2 dan 3 Rajah 3 di bawah.

Dalam litar ini, ammeter digunakan untuk mengukur arus, yang disambungkan secara bersiri dengan beban R, dan voltan diukur dengan voltmeter yang disambungkan selari dengan titik 1 dan 2 perintang. Dengan mengambil kira ciri reka bentuk peranti, mari kita anggap bahawa ammeter tidak menjejaskan nilai semasa dalam litar, dan voltmeter tidak menjejaskan voltan.

Menentukan rintangan menggunakan hukum Ohm

Menggunakan bacaan instrumen (U=12 V, I=2.5 A), anda boleh menggunakan formula 1 untuk menentukan nilai rintangan R=12/2.5=4.8 Ohm.

Dalam amalan, prinsip ini dimasukkan ke dalam operasi alat pengukur - ohmmeter, yang menentukan rintangan aktif pelbagai peranti elektrik. Memandangkan ia boleh dikonfigurasikan untuk mengukur pelbagai julat nilai, ia dibahagikan dengan sewajarnya kepada mikroohmmeter dan miliohmmeter, yang berfungsi dengan rintangan rendah, dan tera-, gigo- dan megohmmeter, yang mengukur nilai yang sangat besar.

Untuk keadaan operasi tertentu ia dihasilkan:

mudah alih;

panel;

model makmal.

Prinsip operasi ohmmeter

Untuk melakukan pengukuran, peranti magnetoelektrik biasanya digunakan, walaupun baru-baru ini yang elektronik (kedua-dua analog dan digital) telah diperkenalkan secara meluas.

Ohmmeter sistem magnetoelektrik menggunakan perintang pengehad arus R, yang melalui hanya miliamp melalui dirinya sendiri, dan kepala pengukur sensitif (miliammeter). Ia bertindak balas kepada aliran arus kecil melalui peranti disebabkan oleh interaksi dua medan elektromagnet daripada magnet kekal N-S dan medan yang dicipta oleh arus yang melalui penggulungan gegelung 1 dengan spring konduktif 2.

Hasil daripada interaksi daya medan magnet, jarum instrumen membelok pada sudut tertentu. Untuk memudahkan kerja, skala kepala segera digradasi dalam ohm. Dalam kes ini, ungkapan rintangan melalui arus digunakan mengikut formula 3.

Untuk memastikan ukuran yang tepat, ohmmeter mesti mengekalkan nilai stabil voltan yang dibekalkan daripada bateri. Untuk tujuan ini, penentukuran digunakan melalui penggunaan perintang pelarasan tambahan R reg. Dengan bantuannya, sebelum pengukuran bermula, bekalan voltan berlebihan dari sumber ke litar adalah terhad, dan nilai piawai yang stabil dan ketat ditetapkan.

Menentukan voltan menggunakan hukum Ohm

Apabila bekerja dengan litar elektrik, ada kalanya perlu untuk mengetahui penurunan voltan merentasi beberapa elemen, sebagai contoh, perintang, tetapi rintangannya, yang biasanya ditandakan pada kes itu, dan arus yang melaluinya diketahui. Untuk melakukan ini, tidak perlu menyambungkan voltmeter, tetapi hanya gunakan pengiraan menggunakan formula 2.

Dalam kes kami, untuk Rajah 3 kami akan menjalankan pengiraan: U=2.5·4.8 =12 V.

Menentukan arus menggunakan hukum Ohm

Kes ini diterangkan oleh formula 3. Ia digunakan untuk mengira beban dalam litar elektrik, memilih keratan rentas konduktor, kabel, fius atau pemutus litar.

Dalam contoh kami, pengiraan kelihatan seperti ini: I=12/4.8=2.5 A.

Pembedahan pintasan

Kaedah dalam kejuruteraan elektrik ini digunakan untuk mengecualikan operasi elemen tertentu daripada litar tanpa membongkarnya. Untuk melakukan ini, terminal masuk dan keluar (dalam Rajah 1 dan 2) dilitar pintas dengan konduktor menggunakan perintang yang tidak perlu - ia dipinggirkan.

Akibatnya, arus litar memilih laluan dengan rintangan yang kurang melalui shunt dan meningkat dengan mendadak, dan voltan unsur terdorong jatuh ke sifar.

Litar pintas

Mod ini ialah kes pintasan khas dan, secara amnya, ditunjukkan dalam rajah di atas, apabila pintasan dipasang pada terminal output sumber. Apabila ia berlaku, arus tinggi yang sangat berbahaya tercipta yang boleh menjangkiti manusia dan membakar peralatan elektrik yang tidak dilindungi.

Untuk memerangi litar pintas rawak dalam rangkaian elektrik, perlindungan digunakan. Ia ditetapkan kepada tetapan sedemikian yang tidak mengganggu pengendalian litar dalam mod biasa. Mereka mematikan kuasa hanya dalam keadaan kecemasan.

Contohnya, jika kanak-kanak secara tidak sengaja memasukkan wayar ke dalam soket isi rumah, maka pemutus litar automatik panel input kediaman yang dikonfigurasikan dengan betul akan mematikan bekalan kuasa dengan serta-merta.

Semua yang diterangkan di atas terpakai kepada undang-undang Ohm untuk bahagian litar DC, dan bukan litar lengkap, yang mungkin terdapat lebih banyak proses. Perlu difahami bahawa ini hanyalah sebahagian kecil daripada aplikasinya dalam kejuruteraan elektrik.

Corak yang dikenal pasti oleh saintis terkenal Georg Simon Ohm antara arus, voltan dan rintangan diterangkan secara berbeza dalam persekitaran yang berbeza dan litar arus ulang-alik: fasa tunggal dan tiga fasa.

Berikut ialah formula asas yang menyatakan hubungan antara parameter elektrik dalam konduktor logam.

Formula yang lebih kompleks untuk menjalankan pengiraan khas undang-undang Ohm dalam amalan.

Seperti yang kita dapat lihat, penyelidikan yang dijalankan oleh saintis cemerlang Georg Simon Ohm adalah sangat penting walaupun dalam masa kita yang pesat membangun kejuruteraan elektrik dan automasi.

Georg Simon Ohm memulakan penyelidikannya yang diilhamkan oleh karya terkenal Jean Baptiste Fourier, "The Analytical Theory of Heat." Dalam kerja ini, Fourier mewakili aliran haba antara dua titik sebagai perbezaan suhu, dan mengaitkan perubahan aliran haba dengan laluannya melalui halangan berbentuk tidak teratur yang diperbuat daripada bahan penebat haba. Begitu juga, Ohm menyebabkan berlakunya arus elektrik oleh beza keupayaan.

Berdasarkan ini, Ohm mula bereksperimen dengan bahan konduktor yang berbeza. Untuk menentukan kekonduksian mereka, dia menyambungkannya secara bersiri dan melaraskan panjangnya supaya kekuatan semasa adalah sama dalam semua kes.

Adalah penting bagi pengukuran sedemikian untuk memilih konduktor dengan diameter yang sama. Ohm, mengukur kekonduksian perak dan emas, memperoleh keputusan yang, menurut data moden, tidak tepat. Oleh itu, pengalir perak Ohm mengalirkan arus elektrik kurang daripada emas. Om sendiri menjelaskan perkara ini dengan mengatakan bahawa konduktor peraknya disalut dengan minyak dan disebabkan itu, nampaknya eksperimen itu tidak memberikan hasil yang tepat.

Walau bagaimanapun, ini bukan satu-satunya masalah yang dihadapi oleh ahli fizik yang pada masa itu terlibat dalam eksperimen serupa dengan elektrik. Kesukaran besar dalam mendapatkan bahan tulen tanpa kekotoran untuk eksperimen dan kesukaran dalam menentukur diameter konduktor memesongkan keputusan ujian. Masalah yang lebih besar ialah kekuatan semasa sentiasa berubah semasa ujian, kerana punca arus adalah unsur kimia berselang-seli. Di bawah keadaan sedemikian, Ohm memperoleh pergantungan logaritma arus pada rintangan wayar.

Tidak lama kemudian, ahli fizik Jerman Poggendorff, yang pakar dalam elektrokimia, mencadangkan agar Ohm menggantikan unsur kimia dengan termokopel yang diperbuat daripada bismut dan kuprum. Om memulakan eksperimennya semula. Kali ini dia menggunakan peranti termoelektrik yang dikuasakan oleh kesan Seebeck sebagai bateri. Dia menyambungkannya dalam siri 8 konduktor tembaga dengan diameter yang sama, tetapi dengan panjang yang berbeza. Untuk mengukur arus, Ohm menggantung jarum magnet di atas konduktor menggunakan benang logam. Arus yang berjalan selari dengan anak panah ini mengalihkannya ke tepi. Apabila ini berlaku, ahli fizik itu memutarkan benang sehingga anak panah kembali ke kedudukan asalnya. Berdasarkan sudut di mana benang itu dipintal, seseorang boleh menilai nilai arus.

Hasil daripada percubaan baharu, Ohm datang kepada formula:

X = a / b + l

Di sini X– keamatan medan magnet wayar, l- panjang wayar, a– voltan sumber malar, b– pemalar rintangan bagi elemen litar yang tinggal.

Jika kita beralih kepada istilah moden untuk menerangkan formula ini, kita mendapatnya X- kekuatan semasa, A- EMF sumber, b + l– jumlah rintangan litar.

Hukum Ohm untuk keratan litar

Hukum Ohm untuk bahagian berasingan litar menyatakan: kekuatan semasa dalam bahagian litar meningkat apabila voltan bertambah dan berkurang apabila rintangan bahagian ini meningkat.

I=U/R

Berdasarkan formula ini, kita boleh memutuskan bahawa rintangan konduktor bergantung kepada beza keupayaan. Dari sudut pandangan matematik, ini betul, tetapi dari sudut fizik, ia adalah palsu. Formula ini hanya terpakai untuk mengira rintangan pada bahagian berasingan litar.

Oleh itu, formula untuk mengira rintangan konduktor akan mengambil bentuk:

R = p ⋅ l / s

Hukum Ohm untuk litar lengkap

Perbezaan antara hukum Ohm untuk litar lengkap dan hukum Ohm untuk keratan litar ialah sekarang kita mesti mengambil kira dua jenis rintangan. Ini ialah "R" rintangan semua komponen sistem dan "r" rintangan dalaman sumber daya gerak elektrik. Oleh itu, formula mengambil bentuk:

I = U / R + r

Hukum Ohm untuk arus ulang alik

Arus ulang alik berbeza dengan arus terus kerana ia berubah dalam tempoh masa tertentu. Secara khusus, ia mengubah makna dan arahnya. Untuk menggunakan hukum Ohm di sini, anda perlu mengambil kira bahawa rintangan dalam litar dengan arus terus mungkin berbeza daripada rintangan dalam litar dengan arus ulang alik. Dan ia berbeza jika komponen dengan reaktansi digunakan dalam litar. Reaktansi boleh menjadi induktif (gegelung, transformer, tercekik) atau kapasitif (kapasitor).

Mari cuba fikirkan apakah perbezaan sebenar antara rintangan reaktif dan aktif dalam litar dengan arus ulang alik. Anda sepatutnya sudah faham bahawa nilai voltan dan arus dalam litar sedemikian berubah dari semasa ke semasa dan, secara kasarnya, mempunyai bentuk gelombang.

Jika kita rajah bagaimana kedua-dua nilai ini berubah dari semasa ke semasa, kita mendapat gelombang sinus. Kedua-dua voltan dan arus meningkat dari sifar ke nilai maksimum, kemudian, jatuh, melalui sifar dan mencapai nilai negatif maksimum. Selepas ini, mereka naik semula melalui sifar kepada nilai maksimum dan seterusnya. Apabila dikatakan arus atau voltan negatif, bermakna ia bergerak ke arah yang bertentangan.

Keseluruhan proses berlaku dengan frekuensi tertentu. Titik di mana nilai voltan atau arus daripada nilai minimum meningkat kepada nilai maksimum melalui sifar dipanggil fasa.

Sebenarnya ini hanyalah mukadimah. Mari kembali kepada rintangan reaktif dan aktif. Perbezaannya ialah dalam litar dengan rintangan aktif, fasa semasa bertepatan dengan fasa voltan. Iaitu, kedua-dua nilai semasa dan nilai voltan mencapai maksimum dalam satu arah pada masa yang sama. Dalam kes ini, formula kami untuk mengira voltan, rintangan atau arus tidak berubah.

Jika litar mengandungi reaktans, fasa arus dan voltan beralih antara satu sama lain sebanyak ¼ tempoh. Ini bermakna apabila arus mencapai nilai maksimum, voltan akan menjadi sifar dan sebaliknya. Apabila reaktans induktif digunakan, fasa voltan "mengatasi" fasa semasa. Apabila kapasitansi digunakan, fasa semasa "mengatasi" fasa voltan.

Formula untuk mengira penurunan voltan merentasi tindak balas induktif:

U = I ⋅ ωL

di mana L ialah kearuhan bagi tindak balas, dan ω – frekuensi sudut (terbitan masa bagi fasa ayunan).

Formula untuk mengira penurunan voltan merentas kapasitans:

U = I / ω ⋅ C

DENGAN– kemuatan reaktans.

Kedua-dua formula ini adalah kes khas hukum Ohm untuk litar berubah-ubah.

Yang lengkap akan kelihatan seperti ini:

I=U/Z

Di sini Z– Jumlah rintangan litar berubah-ubah dikenali sebagai impedans.

Skop permohonan

Undang-undang Ohm bukanlah undang-undang asas dalam fizik, ia hanya pergantungan mudah beberapa nilai pada yang lain, yang sesuai dalam hampir semua situasi praktikal. Oleh itu, lebih mudah untuk menyenaraikan situasi apabila undang-undang mungkin tidak berfungsi:

• Jika terdapat inersia pembawa cas, contohnya dalam beberapa medan elektrik frekuensi tinggi;
• Dalam superkonduktor;
• Jika wayar dipanaskan sehingga satu tahap sehingga ciri voltan arus tidak lagi menjadi linear. Sebagai contoh, dalam lampu pijar;
• Dalam tiub radio vakum dan gas;
• Dalam diod dan transistor.

Hukum Ohm ialah undang-undang asas yang digunakan dalam pengiraan litar DC. Ia adalah asas dan boleh digunakan untuk mana-mana sistem fizikal di mana terdapat aliran zarah dan medan, dan rintangan diatasi.

Undang-undang atau peraturan Kirchhoff ialah aplikasi kepada hukum Ohm yang digunakan untuk mengira litar elektrik DC kompleks.

Hukum Ohm

Hukum Ohm umum untuk bahagian tidak seragam litar (bahagian litar yang mengandungi sumber EMF) mempunyai bentuk:

Perbezaan potensi pada hujung bahagian litar; - EMF sumber dalam bahagian litar yang dipertimbangkan; R - rintangan luaran litar; r ialah rintangan dalaman sumber EMF. Jika litar terbuka, yang bermaksud tiada arus di dalamnya (), maka dari (2) kita dapat:

Emf yang bertindak dalam litar terbuka adalah sama dengan beza keupayaan pada hujungnya. Ternyata untuk mencari EMF sumber, anda harus mengukur perbezaan potensi pada terminalnya dengan litar terbuka.

Hukum Ohm untuk litar tertutup ditulis sebagai:

Kuantiti itu kadangkala dipanggil jumlah rintangan litar. Formula (2) menunjukkan bahawa daya gerak elektrik punca arus dibahagikan dengan jumlah rintangan adalah sama dengan arus dalam litar.

undang-undang Kirchhoff

Biarkan terdapat rangkaian konduktor bercabang sewenang-wenangnya. Di kawasan tertentu, pelbagai sumber semasa disertakan. Emf sumber adalah malar dan akan dianggap diketahui. Dalam kes ini, arus dalam semua bahagian litar dan perbezaan potensi merentasnya boleh dikira menggunakan hukum Ohm dan undang-undang pemuliharaan cas.

Untuk memudahkan penyelesaian masalah mengira litar elektrik bercabang yang mempunyai beberapa litar tertutup dan beberapa sumber EMF, undang-undang (atau peraturan) Kirchhoff digunakan. Peraturan Kirchhoff berfungsi untuk mencipta sistem persamaan yang daripadanya kekuatan semasa dalam unsur litar bercabang kompleks ditemui.

Undang-undang pertama Kirchhoff

Jumlah arus dalam nod litar, dengan mengambil kira tandanya, adalah sama dengan sifar:

Peraturan pertama Kirchhoff adalah akibat daripada undang-undang pemuliharaan cas elektrik. Jumlah algebra bagi arus yang menumpu pada mana-mana nod dalam litar ialah cas yang tiba pada nod per unit masa.

Apabila merangka persamaan menggunakan hukum Kirchhoff, adalah penting untuk mengambil kira tanda-tanda yang mana kekuatan semasa dimasukkan dalam persamaan ini. Ia harus diandaikan bahawa arus yang menuju ke titik percabangan dan terpancar dari percabangan mempunyai tanda yang bertentangan. Dalam kes ini, anda perlu menentukan sendiri arah mana (ke arah atau jauh dari nod) yang dianggap positif.

Undang-undang kedua Kirchhoff

Hasil darab nilai algebra arus (I) dengan hasil tambah rintangan luar dan dalam semua bahagian litar tertutup adalah sama dengan hasil tambah nilai algebra bagi emf luar () litar yang dipersoalkan. :

Setiap produk menentukan beza potensi yang akan wujud di antara hujung bahagian yang sepadan jika emf di dalamnya sama dengan sifar. Kuantiti itu dipanggil penurunan voltan, yang disebabkan oleh arus.

Hukum kedua Kirchhoff kadangkala dirumuskan seperti berikut:

Untuk litar tertutup, jumlah kejatuhan voltan ialah jumlah emf dalam litar yang sedang dipertimbangkan.

Peraturan kedua (undang-undang) Kirchhoff adalah akibat daripada undang-undang umum Ohm. Jadi, jika dalam litar tertutup terpencil terdapat satu sumber EMF, maka kekuatan arus dalam litar akan sedemikian rupa sehingga jumlah penurunan voltan merentasi rintangan luaran dan rintangan dalaman sumber akan sama dengan EMF luaran daripada sumber. Jika terdapat beberapa sumber EMF, maka ambil jumlah algebranya. Tanda EMF dipilih positif jika, apabila bergerak sepanjang kontur ke arah positif, kutub negatif sumber ditemui terlebih dahulu. (Arah positif pintasan litar diambil sebagai arah pintasan litar sama ada mengikut arah jam atau lawan jam).

Contoh penyelesaian masalah

CONTOH 1

Senaman

Voltmeter disambungkan secara bersiri kepada litar dengan rintangan sama dengan , dan peranti menunjukkan voltan. Rintangan digantikan dengan . Pada masa yang sama, bacaan voltmeter berubah, dan voltan pada voltmeter menjadi. Apakah rintangan jika rintangan voltmeter ialah r?

Penyelesaian

Mengikut undang-undang Ohm, kekuatan arus yang mengalir melalui voltmeter dan rintangan adalah sama (dalam kes pertama, Rajah 1(a)): Dalam kes kedua: Kekuatan semasa di mana-mana dalam litar dalam Rajah 1(a) adalah sama dengan , oleh itu, voltan yang ditunjukkan oleh voltmeter dalam kes pertama adalah sama dengan: Daripada (1.3), kita dapat: Dalam kes kedua, kami mempunyai: Mari kita samakan bahagian kiri ungkapan (1.4) dan (1.5): Daripada formula (1.6), kami menyatakan rintangan yang diperlukan:

Undang-undang Ohm adalah salah satu undang-undang asas kejuruteraan elektrik. Ia agak mudah dan digunakan dalam pengiraan hampir semua litar elektrik. Tetapi undang-undang ini mempunyai beberapa ciri operasi dalam litar AC dan DC dengan kehadiran unsur reaktif dalam litar. Ciri-ciri ini mesti sentiasa diingati.

Gambar rajah klasik hukum Ohm kelihatan seperti ini:

Dan kedengarannya lebih mudah - arus yang mengalir dalam bahagian litar akan sama dengan nisbah voltan litar kepada rintangannya, yang dinyatakan oleh formula:

Tetapi kita tahu bahawa sebagai tambahan kepada rintangan aktif R, terdapat juga kearuhan reaktans X L dan kapasitans X C. Tetapi anda mesti mengakui bahawa litar elektrik dengan rintangan aktif semata-mata adalah sangat jarang berlaku. Mari kita lihat litar di mana induktor L, kapasitor C dan perintang R disambung secara bersiri:

Sebagai tambahan kepada rintangan aktif semata-mata R, kearuhan L dan kapasitans C juga mempunyai reaktans X L dan X C, yang dinyatakan oleh formula:

Di mana ω ialah kekerapan kitaran rangkaian, sama dengan ω = 2πf. f – kekerapan rangkaian dalam Hz.

Untuk arus terus, frekuensi adalah sifar (f = 0), oleh itu, tindak balas induktansi akan menjadi sifar (formula (1)), dan kapasitansi akan menjadi infiniti (2), yang akan membawa kepada pemecahan litar elektrik. Daripada ini kita boleh membuat kesimpulan bahawa tiada tindak balas unsur dalam litar DC.

Jika kita menganggap litar elektrik klasik menggunakan arus ulang-alik, maka ia akan praktikal tidak berbeza daripada arus terus, hanya sumber voltan (bukannya tetap - berselang-seli):

Oleh itu, formula untuk kontur sedemikian akan tetap sama:

Tetapi jika kita merumitkan litar dan menambah elemen reaktif kepadanya:

Keadaan akan berubah secara mendadak. Sekarang f tidak sama dengan sifar, yang menunjukkan bahawa sebagai tambahan kepada rintangan aktif, reaktans juga dimasukkan ke dalam litar, yang juga boleh menjejaskan jumlah arus yang mengalir dalam litar dan . Sekarang jumlah rintangan litar (ditandakan sebagai Z) dan ia tidak sama dengan Z aktif ≠ R. Formula akan mengambil bentuk berikut:

Oleh itu, formula untuk hukum Ohm akan berubah sedikit:

Mengapa ia penting?

Mengetahui nuansa ini akan membolehkan anda mengelakkan masalah serius yang boleh timbul daripada pendekatan yang salah untuk menyelesaikan masalah elektrik tertentu. Sebagai contoh, induktor dengan parameter berikut disambungkan kepada litar voltan ulang-alik: f nom = 50 Hz, U nom = 220 V, R = 0.01 Ohm, L = 0.03 H. Arus yang mengalir melalui gegelung ini akan sama.