Hallo, beste lezers van de website Elektriciensnotities..

Vandaag open ik een nieuwe sectie op de site genaamd.

In deze paragraaf probeer ik elektrotechnische vraagstukken op een duidelijke en eenvoudige manier aan u uit te leggen. Ik zal meteen zeggen dat we niet te ver in de theoretische kennis zullen duiken, maar dat we de basis in voldoende mate zullen leren kennen.

Het eerste waar ik je mee wil laten kennismaken is de wet van Ohm voor een deel van een ketting. Dit is de meest fundamentele wet die iedereen zou moeten kennen.

Kennis van deze wet stelt ons in staat om eenvoudig en nauwkeurig de waarden van stroom, spanning (potentiaalverschil) en weerstand in een deel van het circuit te bepalen.

Wie is Om? Een beetje geschiedenis

De wet van Ohm werd in 1826 ontdekt door de beroemde Duitse natuurkundige Georg Simon Ohm. Dit is hoe hij eruit zag.

Ik zal je niet de hele biografie van Georg Ohm vertellen. U kunt hierover meer informatie vinden in andere bronnen.

Ik zal alleen de belangrijkste dingen zeggen.

De meest fundamentele wet van de elektrotechniek is naar hem vernoemd, die we actief gebruiken bij complexe berekeningen in het ontwerp, in de productie en in het dagelijks leven.

De wet van Ohm voor een homogeen deel van een ketting is als volgt:

I – de waarde van de stroom die door een deel van het circuit vloeit (gemeten in ampère)

U – spanningswaarde op een deel van het circuit (gemeten in volt)

R – weerstandswaarde van het circuitgedeelte (gemeten in Ohm)

Als de formule in woorden wordt uitgelegd, blijkt dat de stroomsterkte evenredig is met de spanning en omgekeerd evenredig met de weerstand van het circuitgedeelte.

Laten we een experiment uitvoeren

Om de formule niet in woorden, maar in daden te begrijpen, moet u het volgende diagram samenstellen:

Het doel van dit artikel is om duidelijk te laten zien hoe je de wet van Ohm kunt gebruiken voor een deel van een circuit. Daarom heb ik dit circuit op mijn werkbank gemonteerd. Bekijk hieronder hoe ze eruit ziet.

Met de bedienings(selectie)toets kunt u aan de uitgang kiezen tussen constante spanning of wisselspanning. In ons geval wordt een constante spanning gebruikt. Ik verander het spanningsniveau met behulp van een laboratorium-autotransformator (LATR).

In ons experiment zal ik een spanning over een deel van het circuit gebruiken die gelijk is aan 220 (V). We controleren de uitgangsspanning met een voltmeter.

Nu zijn we helemaal klaar om ons eigen experiment uit te voeren en de wet van Ohm in de praktijk te testen.

Hieronder geef ik 3 voorbeelden. In elk voorbeeld zullen we de vereiste waarde bepalen met behulp van 2 methoden: met behulp van een formule en op een praktische manier.

Voorbeeld #1

In het eerste voorbeeld moeten we de stroom (I) in het circuit vinden, waarbij we de grootte van de constante spanningsbron en de weerstandswaarde van de LED-lamp kennen.

De DC-spanningsbronspanning is U = 220 (V). De weerstand van een LED-lamp is R = 40740 (ohm).

Met behulp van de formule vinden we de stroom in het circuit:

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

We verbinden in serie met de LED-lamp, ingeschakeld in ampèremetermodus, en meten de stroom in het circuit.

Het display van de multimeter toont de circuitstroom. De waarde is 5,4 (mA) of 0,0054 (A), wat overeenkomt met de stroom die door de formule wordt gevonden.

Voorbeeld nr. 2

In het tweede voorbeeld moeten we de spanning (U) van een deel van het circuit vinden, waarbij we de hoeveelheid stroom in het circuit en de weerstandswaarde van de LED-lamp kennen.

ik = 0,0054 (EEN)

R = 40740 (ohm)

Met behulp van de formule vinden we de spanning van het circuitgedeelte:

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

Laten we nu het verkregen resultaat op een praktische manier bekijken.

We sluiten een multimeter ingeschakeld in voltmetermodus parallel aan de LED-lamp aan en meten de spanning.

Op het display van de multimeter wordt de gemeten spanning weergegeven. De waarde ervan is 220 (V), wat overeenkomt met de spanning die wordt gevonden met behulp van de formule van de wet van Ohm voor een deel van het circuit.

Voorbeeld nr. 3

In het derde voorbeeld moeten we de weerstand (R) van een circuitgedeelte vinden, waarbij we de grootte van de stroom in het circuit en de spanningswaarde van het circuitgedeelte kennen.

ik = 0,0054 (EEN)

U = 220 (V)

Laten we opnieuw de formule gebruiken en de weerstand van het circuitgedeelte vinden:

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

Laten we nu het verkregen resultaat op een praktische manier bekijken.

De weerstand van een LED-lamp meten we met een multimeter.

De resulterende waarde was R = 40740 (ohm), wat overeenkomt met de weerstand gevonden door de formule.

Hoe gemakkelijk is het om de wet van Ohm te onthouden voor een deel van een circuit!!!

Om niet in de war te raken en de formule gemakkelijk te onthouden, kunt u een kleine hint gebruiken die u zelf kunt doen.

Teken een driehoek en voer daarin de parameters van het elektrische circuit in, volgens de onderstaande afbeelding. Je zou het zo moeten krijgen.

Hoe gebruik je het?

Het gebruik van de hintdriehoek is heel eenvoudig en eenvoudig. Sluit met uw vinger de circuitparameter die moet worden gevonden.

Als de overige parameters in de driehoek zich op hetzelfde niveau bevinden, moeten ze worden vermenigvuldigd.

Als de resterende parameters op de driehoek zich op verschillende niveaus bevinden, is het noodzakelijk om de bovenste parameter te delen door de onderste.

Met behulp van een hintdriehoek raak je niet in de war in de formule. Maar het is beter om het te leren zoals de tafel van vermenigvuldiging.

Conclusies

Aan het einde van het artikel zal ik een conclusie trekken.

Elektrische stroom is een gerichte stroom van elektronen van punt B met een minuspotentiaal naar punt A met een pluspotentiaal. En hoe groter het potentiaalverschil tussen deze punten, hoe meer elektronen van punt B naar punt A zullen bewegen, d.w.z. De stroom in het circuit zal toenemen, op voorwaarde dat de circuitweerstand onveranderd blijft.

Maar de weerstand van de gloeilamp verzet zich tegen de stroom van elektrische stroom. En hoe groter de weerstand in het circuit (serieschakeling van meerdere lampen), hoe minder stroom in het circuit zal zijn, bij een constante netwerkspanning.

P.S. Hier op internet vond ik een grappige maar verklarende cartoon over het onderwerp van de wet van Ohm voor een deel van een circuit.

Ik zou graag willen beginnen met het uitleggen van het werkingsprincipe van een van de fundamentele wetten van de elektrotechniek met een allegorie - met een kleine cartoonafbeelding van 1 van de drie mannen genaamd "Voltage U", "Resistance R" en "Current I" .

Het laat zien dat "Current" door een vernauwing in de buis probeert te kruipen, die "Resistance" ijverig aanspant. Tegelijkertijd doet "Voltage" de grootst mogelijke inspanning om te passeren, "Current" te duwen.

Deze figuur herinnert ons eraan dat dit de geordende beweging is van geladen deeltjes in een bepaalde omgeving. Hun beweging is mogelijk onder invloed van toegepaste externe energie, waardoor een potentiaalverschil ontstaat: spanning. De interne krachten van geleiders en circuitelementen verminderen echter de omvang van de stroom en weerstaan ​​​​de beweging ervan.

Laten we een eenvoudig diagram 2 bekijken, waarin de werking van de wet van Ohm wordt uitgelegd voor een deel van een elektrisch gelijkstroomcircuit.

We gebruiken U als spanningsbron, die we verbinden met weerstand R met dikke en tegelijkertijd korte draden op de punten A en B. Laten we aannemen dat de draden geen invloed hebben op de hoeveelheid stroom die I doorlaat naar weerstand R.

Formule (1) drukt de relatie uit tussen weerstand (ohm), spanning (volt) en stroom (ampère). Ze bellen haar. De cirkel onder de formule maakt het gemakkelijker om elk van de samenstellende parameters U, R of I uit te drukken en te onthouden (U bevindt zich boven het streepje en R en I staan ​​eronder).

Als je een van hen moet bepalen, sluit hem dan mentaal en werk met de overige twee, waarbij je rekenkundige bewerkingen uitvoert. Wanneer de waarden zich op dezelfde regel bevinden, vermenigvuldigen we ze. En als ze zich op verschillende niveaus bevinden, verdelen we de bovenste in de onderste.

Deze relaties worden weergegeven in formules 2 en 3 van figuur 3 hieronder.

In dit circuit wordt een ampèremeter gebruikt om de stroom te meten, die in serie is geschakeld met de belasting R, en de spanning wordt gemeten door een voltmeter die parallel is aangesloten op de punten 1 en 2 van de weerstand. Laten we, rekening houdend met de ontwerpkenmerken van de apparaten, aannemen dat de ampèremeter de stroomwaarde in het circuit niet beïnvloedt, en dat de voltmeter de spanning niet beïnvloedt.

Weerstand bepalen met behulp van de wet van Ohm

Met behulp van instrumentaflezingen (U=12 V, I=2,5 A) kunt u formule 1 gebruiken om de weerstandswaarde R=12/2,5=4,8 Ohm te bepalen.

In de praktijk wordt dit principe verwerkt in de werking van meetinstrumenten - ohmmeters, die de actieve weerstand van verschillende elektrische apparaten bepalen. Omdat ze kunnen worden geconfigureerd om verschillende waardenbereiken te meten, worden ze dienovereenkomstig onderverdeeld in micro-ohmmeters en milli-ohmmeters, die met lage weerstanden werken, en tera-, gigo- en megohmmeters, die zeer grote waarden meten.

Voor specifieke bedrijfsomstandigheden worden ze geproduceerd:

draagbaar;

paneel;

laboratorium modellen.

Werkingsprincipe van een ohmmeter

Voor het uitvoeren van metingen worden meestal magneto-elektrische apparaten gebruikt, hoewel recentelijk elektronische apparaten (zowel analoog als digitaal) op grote schaal zijn geïntroduceerd.

De ohmmeter van een magneto-elektrisch systeem maakt gebruik van een stroombegrenzende weerstand R, die slechts milliampère door zichzelf doorlaat, en een gevoelige meetkop (milliammeter). Het reageert op de stroom van kleine stromen door het apparaat als gevolg van de interactie van twee elektromagnetische velden van de permanente magneet N-S en het veld dat wordt gecreëerd door de stroom die door de wikkeling van spoel 1 met geleidende veer 2 gaat.

Als gevolg van de interactie van magnetische veldkrachten buigt de instrumentnaald onder een bepaalde hoek af. Om het werk gemakkelijker te maken, is de hoofdschaal onmiddellijk in ohm gegradueerd. In dit geval wordt de uitdrukking van weerstand door stroom gebruikt volgens formule 3.

Om nauwkeurige metingen te garanderen, moet de ohmmeter een gestabiliseerde waarde van de geleverde spanning van de batterij handhaven. Voor dit doel wordt kalibratie toegepast door het gebruik van een extra instelweerstand R reg. Met zijn hulp wordt, voordat de meting begint, de toevoer van overtollige spanning van de bron naar het circuit beperkt en wordt een strikt stabiele, gestandaardiseerde waarde ingesteld.

Spanning bepalen met behulp van de wet van Ohm

Bij het werken met elektrische circuits zijn er momenten waarop het nodig is om de spanningsval over een bepaald element te achterhalen, bijvoorbeeld een weerstand, maar de weerstand ervan, die meestal op de behuizing staat aangegeven, en de stroom die er doorheen gaat, zijn bekend. Om dit te doen, is het niet nodig om een ​​voltmeter aan te sluiten, maar gebruik gewoon de berekeningen met formule 2.

In ons geval zullen we voor Figuur 3 berekeningen uitvoeren: U=2,5·4,8 =12 V.

Stroom bepalen met behulp van de wet van Ohm

Dit geval wordt beschreven door formule 3. Het wordt gebruikt om belastingen in elektrische circuits te berekenen, doorsneden van geleiders, kabels, zekeringen of stroomonderbrekers te selecteren.

In ons voorbeeld ziet de berekening er als volgt uit: I=12/4,8=2,5 A.

Een bypass-operatie

Deze methode in de elektrotechniek wordt gebruikt om de werking van bepaalde elementen uit het circuit uit te sluiten zonder ze te demonteren. Om dit te doen, worden de inkomende en uitgaande terminals (in figuren 1 en 2) kortgesloten met een geleider die een onnodige weerstand gebruikt - ze zijn overbrugd.

Als gevolg hiervan kiest de circuitstroom een ​​pad met minder weerstand door de shunt en neemt sterk toe, en de spanning van het overbrugde element daalt naar nul.

Kortsluiting

Deze modus is een speciaal geval van bypass en wordt in het algemeen weergegeven in de bovenstaande afbeelding, wanneer de kortsluiting is geïnstalleerd op de uitgangsklemmen van de bron. Wanneer dit gebeurt, ontstaan ​​er zeer gevaarlijke hoge stromen die mensen kunnen infecteren en onbeschermde elektrische apparatuur kunnen verbranden.

Om willekeurige kortsluitingen in het elektrische netwerk tegen te gaan, wordt bescherming gebruikt. Ze zijn ingesteld op zodanige instellingen die de werking van het circuit in de normale modus niet verstoren. Alleen in noodsituaties schakelen ze de stroom uit.

Als een kind bijvoorbeeld per ongeluk een draad in een stopcontact in huis steekt, zal een correct geconfigureerde automatische stroomonderbreker van het residentiële invoerpaneel vrijwel onmiddellijk de stroomtoevoer uitschakelen.

Alles wat hierboven is beschreven, is van toepassing op de wet van Ohm voor een deel van een gelijkstroomcircuit, en niet voor een compleet circuit, waar aanzienlijk meer processen kunnen plaatsvinden. Het moet duidelijk zijn dat dit slechts een klein deel is van de toepassing ervan in de elektrotechniek.

De door de beroemde wetenschapper Georg Simon Ohm geïdentificeerde patronen tussen stroom, spanning en weerstand worden verschillend beschreven in verschillende omgevingen en wisselstroomcircuits: eenfasig en driefasig.

Hier zijn de basisformules die de relaties tussen elektrische parameters in metalen geleiders weergeven.

Complexere formules voor het uitvoeren van speciale berekeningen van de wet van Ohm in de praktijk.

Zoals we kunnen zien is het onderzoek van de briljante wetenschapper Georg Simon Ohm van groot belang, zelfs in onze tijd van snelle ontwikkeling van de elektrotechniek en automatisering.

Georg Simon Ohm begon zijn onderzoek geïnspireerd door het beroemde werk van Jean Baptiste Fourier, ‘The Analytical Theory of Heat’. In dit werk vertegenwoordigde Fourier de warmtestroom tussen twee punten als een temperatuurverschil, en associeerde hij de verandering in de warmtestroom met de passage door een onregelmatig gevormd obstakel gemaakt van warmte-isolerend materiaal. Op dezelfde manier veroorzaakte Ohm het optreden van elektrische stroom door een potentiaalverschil.

Op basis hiervan begon Ohm te experimenteren met verschillende geleidermaterialen. Om hun geleidbaarheid te bepalen, heeft hij ze in serie geschakeld en hun lengte zo aangepast dat de stroomsterkte in alle gevallen hetzelfde was.

Bij dergelijke metingen was het belangrijk om geleiders met dezelfde diameter te selecteren. Ohm, het meten van de geleidbaarheid van zilver en goud, leverde resultaten op die volgens moderne gegevens niet nauwkeurig zijn. De zilveren geleider van Ohm geleidde dus minder elektrische stroom dan goud. Om zelf legde dit uit door te zeggen dat zijn zilveren geleider bedekt was met olie en daardoor leverde het experiment blijkbaar geen nauwkeurige resultaten op.

Dit was echter niet het enige probleem waar natuurkundigen, die zich destijds bezighielden met soortgelijke experimenten met elektriciteit, problemen mee hadden. Grote moeilijkheden bij het verkrijgen van zuivere materialen zonder onzuiverheden voor experimenten en moeilijkheden bij het kalibreren van de diameter van de geleider vertekenden de testresultaten. Een nog groter probleem was dat de stroomsterkte tijdens de tests voortdurend veranderde, omdat de stroombron afwisselende chemische elementen was. Onder dergelijke omstandigheden leidde Ohm een ​​logaritmische afhankelijkheid van de stroom af van de weerstand van de draad.

Even later stelde de Duitse natuurkundige Poggendorff, gespecialiseerd in elektrochemie, voor dat Ohm de chemische elementen zou vervangen door een thermokoppel gemaakt van bismut en koper. Om begon zijn experimenten opnieuw. Deze keer gebruikte hij een thermo-elektrisch apparaat, aangedreven door het Seebeck-effect, als batterij. Daarop verbond hij in serie 8 koperen geleiders met dezelfde diameter, maar met verschillende lengtes. Om de stroom te meten, hing Ohm met een metalen draad een magnetische naald over de geleiders. De stroom die evenwijdig aan deze pijl liep, verschoof deze naar de zijkant. Toen dit gebeurde, draaide de natuurkundige de draad totdat de pijl terugkeerde naar zijn oorspronkelijke positie. Op basis van de hoek waaronder de draad was gedraaid, kon men de waarde van de stroom beoordelen.

Als resultaat van een nieuw experiment kwam Ohm tot de formule:

X = a / b + l

Hier X– intensiteit van het magnetische veld van de draad, l– draadlengte, A– constante bronspanning, B– weerstandsconstante van de overige elementen van het circuit.

Als we moderne termen gebruiken om deze formule te beschrijven, begrijpen we dat X– huidige sterkte, A– EMF van de bron, b + l– totale circuitweerstand.

De wet van Ohm voor een circuitsectie

De wet van Ohm voor een afzonderlijk gedeelte van een circuit luidt: de stroomsterkte in een gedeelte van een circuit neemt toe naarmate de spanning toeneemt en neemt af naarmate de weerstand van dit gedeelte toeneemt.

ik=U/R

Op basis van deze formule kunnen we besluiten dat de weerstand van de geleider afhangt van het potentiaalverschil. Vanuit wiskundig oogpunt is dit juist, maar vanuit natuurkundig oogpunt is het onjuist. Deze formule is alleen van toepassing voor het berekenen van de weerstand op een afzonderlijk gedeelte van het circuit.

De formule voor het berekenen van de geleiderweerstand zal dus de vorm aannemen:

R = p ⋅ l / s

De wet van Ohm voor een compleet circuit

Het verschil tussen de wet van Ohm voor een volledig circuit en de wet van Ohm voor een deel van een circuit is dat we nu rekening moeten houden met twee soorten weerstand. Dit is “R” de weerstand van alle componenten van het systeem en “r” de interne weerstand van de bron van de elektromotorische kracht. De formule heeft dus de vorm:

ik = U / R + r

De wet van Ohm voor wisselstroom

Wisselstroom verschilt van gelijkstroom doordat deze over bepaalde tijdsperioden verandert. Concreet verandert het de betekenis en richting ervan. Om de wet van Ohm hier toe te passen, moet je er rekening mee houden dat de weerstand in een circuit met gelijkstroom kan verschillen van de weerstand in een circuit met wisselstroom. En het verschilt als componenten met reactantie in het circuit worden gebruikt. Reactantie kan inductief zijn (spoelen, transformatoren, smoorspoelen) of capacitief (condensator).

Laten we proberen erachter te komen wat het echte verschil is tussen reactieve en actieve weerstand in een circuit met wisselstroom. Je zou al moeten begrijpen dat de waarde van spanning en stroom in een dergelijk circuit in de loop van de tijd verandert en, grofweg gesproken, een golfvorm heeft.

Als we in een diagram weergeven hoe deze twee waarden in de loop van de tijd veranderen, krijgen we een sinusgolf. Zowel de spanning als de stroom stijgen van nul naar een maximale waarde, dalen vervolgens door nul en bereiken een maximale negatieve waarde. Hierna stijgen ze weer via nul naar de maximale waarde enzovoort. Als er wordt gezegd dat stroom of spanning negatief is, betekent dit dat deze in de tegenovergestelde richting beweegt.

Het hele proces vindt plaats met een bepaalde frequentie. Het punt waar de spannings- of stroomwaarde van de minimumwaarde stijgend naar de maximumwaarde door nul gaat, wordt fase genoemd.

Eigenlijk is dit slechts een voorwoord. Laten we terugkeren naar reactief en actief verzet. Het verschil is dat in een circuit met actieve weerstand de stroomfase samenvalt met de spanningsfase. Dat wil zeggen dat zowel de stroomwaarde als de spanningswaarde tegelijkertijd een maximum in één richting bereiken. In dit geval verandert onze formule voor het berekenen van spanning, weerstand of stroom niet.

Als het circuit reactantie bevat, verschuiven de fasen van de stroom en de spanning met ¼ van een periode van elkaar. Dit betekent dat wanneer de stroom zijn maximale waarde bereikt, de spanning nul zal zijn en omgekeerd. Wanneer inductieve reactantie wordt toegepast, "haalt" de spanningsfase de huidige fase in. Wanneer capaciteit wordt toegepast, "haalt" de huidige fase de spanningsfase in.

Formule voor het berekenen van de spanningsval over inductieve reactantie:

U = ik ⋅ ωL

Waar L is de inductie van de reactantie, en ω – hoekfrequentie (tijdsafgeleide van de oscillatiefase).

Formule voor het berekenen van de spanningsval over de capaciteit:

U = ik / ω ⋅ C

MET– reactantiecapaciteit.

Deze twee formules zijn speciale gevallen van de wet van Ohm voor variabele circuits.

De volledige zal er als volgt uitzien:

I=U/Z

Hier Z– De totale weerstand van een variabel circuit staat bekend als impedantie.

Toepassingsgebied

De wet van Ohm is geen basiswet in de natuurkunde, het is slechts een gemakkelijke afhankelijkheid van sommige waarden van andere, die in vrijwel elke praktische situatie geschikt is. Daarom zal het gemakkelijker zijn om situaties op te sommen waarin de wet mogelijk niet werkt:

• Als er traagheid is van ladingsdragers, bijvoorbeeld in sommige hoogfrequente elektrische velden;
• In supergeleiders;
• Als de draad zo heet wordt dat de stroom-spanningskarakteristiek niet langer lineair is. Bijvoorbeeld in gloeilampen;
• In vacuüm- en gasradiobuizen;
• In diodes en transistors.

De wet van Ohm is de basiswet die wordt gebruikt bij berekeningen van DC-circuits. Het is van fundamenteel belang en kan worden gebruikt voor elk fysiek systeem waar deeltjesstromen en velden plaatsvinden en weerstand wordt overwonnen.

De wetten of regels van Kirchhoff zijn een toepassing op de wet van Ohm die wordt gebruikt om complexe elektrische gelijkstroomcircuits te berekenen.

De wet van Ohm

De algemene wet van Ohm voor een niet-uniform deel van een circuit (deel van een circuit dat een EMF-bron bevat) heeft de vorm:

Potentiaalverschil aan de uiteinden van het circuitgedeelte; - EMF van de bron in het betreffende gedeelte van het circuit; R - externe weerstand van het circuit; r is de interne weerstand van de EMF-bron. Als het circuit open is, wat betekent dat er geen stroom in zit (), dan krijgen we uit (2):

De emf die in een open circuit werkt, is gelijk aan het potentiaalverschil aan de uiteinden. Het blijkt dat om de EMF van de bron te vinden, je het potentiaalverschil aan de aansluitingen met een open circuit moet meten.

De wet van Ohm voor een gesloten circuit wordt geschreven als:

De hoeveelheid wordt soms de totale weerstand van het circuit genoemd. Formule (2) laat zien dat de elektromotorische kracht van de stroombron gedeeld door de totale weerstand gelijk is aan de stroom in het circuit.

De wet van Kirchhoff

Laat er een willekeurig vertakt netwerk van geleiders zijn. In bepaalde gebieden zijn diverse stroombronnen opgenomen. De emf van de bronnen is constant en wordt als bekend beschouwd. In dit geval kunnen de stromen in alle secties van het circuit en de potentiaalverschillen daartussen worden berekend met behulp van de wet van Ohm en de wet van behoud van lading.

Om de oplossing van problemen bij het berekenen van vertakte elektrische circuits met verschillende gesloten circuits en verschillende bronnen van EMF te vereenvoudigen, worden de wetten (of regels) van Kirchhoff gebruikt. De regels van Kirchhoff dienen om een ​​systeem van vergelijkingen te creëren waaruit de huidige sterkten in de elementen van een complex vertakt circuit worden gevonden.

De eerste wet van Kirchhoff

De som van de stromen in een circuitknooppunt, rekening houdend met hun tekens, is gelijk aan nul:

De eerste regel van Kirchhoff is een gevolg van de wet van behoud van elektrische lading. De algebraïsche som van de stromen die op een willekeurig knooppunt in het circuit samenkomen, is de lading die per tijdseenheid bij het knooppunt arriveert.

Bij het opstellen van vergelijkingen met behulp van de wetten van Kirchhoff is het belangrijk om rekening te houden met de tekens waarmee de huidige sterke punten in deze vergelijkingen zijn opgenomen. Er moet worden aangenomen dat de stromen die naar het vertakkingspunt gaan en uit de vertakking komen, tegengestelde tekens hebben. In dit geval moet u zelf bepalen welke richting (naar of van het knooppunt) als positief wordt beschouwd.

De tweede wet van Kirchhoff

Het product van de algebraïsche waarde van de stroom (I) door de som van de externe en interne weerstanden van alle secties van het gesloten circuit is gelijk aan de som van de algebraïsche waarden van de externe emf () van het betreffende circuit :

Elk product bepaalt het potentiaalverschil dat zou bestaan ​​tussen de uiteinden van de overeenkomstige sectie als de emf daarin gelijk zou zijn aan nul. De hoeveelheid wordt de spanningsval genoemd, die wordt veroorzaakt door de stroom.

De tweede wet van Kirchhoff wordt soms als volgt geformuleerd:

Voor een gesloten circuit is de som van de spanningsdalingen de som van de emf in het betreffende circuit.

De tweede regel (wet) van Kirchhoff is een gevolg van de algemene wet van Ohm. Dus als er in een geïsoleerd gesloten circuit één bron van EMF is, dan zal de stroomsterkte in het circuit zodanig zijn dat de som van de spanningsval over de externe weerstand en de interne weerstand van de bron gelijk zal zijn aan de externe EMF. van de bron. Als er meerdere bronnen van elektromagnetische velden zijn, neem dan hun algebraïsche som. Het teken van de EMF wordt positief gekozen als bij het bewegen langs de contour in positieve richting de negatieve pool van de bron als eerste wordt aangetroffen. (De positieve richting van de circuit-bypass wordt beschouwd als de richting van de circuit-bypass, met de klok mee of tegen de klok in).

Voorbeelden van probleemoplossing

VOORBEELD 1

Oefening

De voltmeter was in serie verbonden met een circuit met een weerstand gelijk aan , en het apparaat gaf spanning aan. Het verzet werd vervangen door . Tegelijkertijd veranderden de voltmeterwaarden en werd de spanning op de voltmeter. Wat is de weerstand als de weerstand van de voltmeter r is?

Oplossing

Volgens de wet van Ohm zijn de stroomsterkte die door de voltmeter stroomt en de weerstand gelijk (in het eerste geval, figuur 1(a)): In het tweede geval: De stroomsterkte ergens in het circuit in figuur 1(a) is gelijk aan, daarom is de spanning die de voltmeter in het eerste geval aangeeft gelijk aan: Uit (1.3) krijgen we: In het tweede geval hebben we: Laten we de linkerkanten van uitdrukkingen (1.4) en (1.5) gelijkstellen: Uit formule (1.6) drukken we de benodigde weerstand uit:

De wet van Ohm is een van de basiswetten van de elektrotechniek. Het is vrij eenvoudig en wordt gebruikt bij het berekenen van vrijwel alle elektrische circuits. Maar deze wet heeft enkele kenmerken van werking in AC- en DC-circuits in de aanwezigheid van reactieve elementen in het circuit. Deze kenmerken moeten altijd onthouden worden.

Het klassieke diagram van de wet van Ohm ziet er als volgt uit:

En het klinkt nog eenvoudiger: de stroom die in een deel van het circuit vloeit, zal gelijk zijn aan de verhouding van de circuitspanning tot zijn weerstand, wat wordt uitgedrukt door de formule:

Maar we weten dat er naast actieve weerstand R ook reactantie-inductie XL en capaciteit X C bestaat. Maar je moet toegeven dat elektrische circuits met puur actieve weerstand uiterst zeldzaam zijn. Laten we eens kijken naar een circuit waarin een inductor L, een condensator C en een weerstand R in serie zijn geschakeld:

Naast de puur actieve weerstand R hebben inductantie L en capaciteit C ook reactanties XL en X C, die worden uitgedrukt door de formules:

Waarbij ω de cyclische frequentie van het netwerk is, gelijk aan ω = 2πf. f – netwerkfrequentie in Hz.

Voor gelijkstroom is de frequentie nul (f = 0), dienovereenkomstig zal de inductiereactantie nul worden (formule (1)) en de capaciteit oneindig (2), wat zal leiden tot een breuk in het elektrische circuit. Hieruit kunnen we concluderen dat er geen reactantie van elementen in DC-circuits is.

Als we een klassiek elektrisch circuit beschouwen dat gebruik maakt van wisselstroom, dan zal het praktisch niet verschillen van gelijkstroom, alleen een spanningsbron (in plaats van constant - wisselstroom):

Dienovereenkomstig blijft de formule voor een dergelijke contour hetzelfde:

Maar als we het circuit ingewikkelder maken en er reactieve elementen aan toevoegen:

De situatie zal dramatisch veranderen. Nu is f niet gelijk aan nul, wat aangeeft dat naast actieve weerstand ook reactantie in het circuit wordt geïntroduceerd, wat ook de hoeveelheid stroom die in het circuit vloeit kan beïnvloeden. Nu is de totale weerstand van het circuit (aangeduid als Z) en deze is niet gelijk aan de actieve Z ≠ R. De formule zal de volgende vorm aannemen:

Dienovereenkomstig zal de formule voor de wet van Ohm enigszins veranderen:

Waarom is dit belangrijk?

Als u deze nuances kent, kunt u ernstige problemen vermijden die kunnen voortvloeien uit een verkeerde aanpak bij het oplossen van bepaalde elektrische problemen. Een inductor met de volgende parameters is bijvoorbeeld aangesloten op een wisselspanningscircuit: f nom = 50 Hz, U nom = 220 V, R = 0,01 Ohm, L = 0,03 H. De stroom die door deze spoel vloeit, zal gelijk zijn.