Habari, wasomaji wapendwa wa tovuti ya Vidokezo vya Fundi Umeme..

Leo ninafungua sehemu mpya kwenye tovuti inayoitwa.

Katika sehemu hii nitajaribu kukuelezea masuala ya uhandisi wa umeme kwa njia iliyo wazi na rahisi. Nitasema mara moja kwamba hatutaingia mbali sana katika ujuzi wa kinadharia, lakini tutajua misingi kwa utaratibu wa kutosha.

Jambo la kwanza ninalotaka kukujulisha ni sheria ya Ohm kwa sehemu ya mnyororo. Hii ndio sheria ya msingi ambayo kila mtu anapaswa kujua.

Ujuzi wa sheria hii utaturuhusu kuamua kwa urahisi na kwa usahihi maadili ya sasa, voltage (tofauti inayowezekana) na upinzani katika sehemu ya mzunguko.

Om ni nani? Historia kidogo

Sheria ya Ohm iligunduliwa na mwanafizikia maarufu wa Ujerumani Georg Simon Ohm mnamo 1826. Hivi ndivyo alivyokuwa.

Sitakuambia wasifu mzima wa Georg Ohm. Unaweza kujua zaidi juu ya hii kwenye rasilimali zingine.

Nitasema tu mambo muhimu zaidi.

Sheria ya msingi zaidi ya uhandisi wa umeme inaitwa jina lake, ambalo tunatumia kikamilifu katika mahesabu magumu katika kubuni, katika uzalishaji na katika maisha ya kila siku.

Sheria ya Ohm kwa sehemu ya homogeneous ya mnyororo ni kama ifuatavyo.

I - thamani ya sasa inapita kupitia sehemu ya mzunguko (kipimo cha amperes)

U - thamani ya voltage kwenye sehemu ya mzunguko (iliyopimwa kwa volts)

R - thamani ya upinzani ya sehemu ya mzunguko (kipimo katika Ohms)

Ikiwa formula inaelezwa kwa maneno, inageuka kuwa nguvu ya sasa ni sawia na voltage na inversely sawia na upinzani wa sehemu ya mzunguko.

Wacha tufanye jaribio

Ili kuelewa formula sio kwa maneno, lakini kwa vitendo, unahitaji kukusanya mchoro ufuatao:

Madhumuni ya kifungu hiki ni kuonyesha wazi jinsi ya kutumia sheria ya Ohm kwa sehemu ya saketi. Kwa hivyo, nilikusanya mzunguko huu kwenye benchi yangu ya kazi. Tazama hapa chini jinsi anavyoonekana.

Kutumia kitufe cha kudhibiti (uteuzi), unaweza kuchagua voltage ya mara kwa mara au voltage mbadala kwenye pato. Kwa upande wetu, voltage ya mara kwa mara hutumiwa. Ninabadilisha kiwango cha voltage kwa kutumia autotransformer ya maabara (LATR).

Katika jaribio letu, nitatumia voltage kwenye sehemu ya mzunguko sawa na 220 (V). Tunaangalia voltage ya pato kwa kutumia voltmeter.

Sasa tuko tayari kabisa kufanya majaribio yetu wenyewe na kujaribu sheria ya Ohm kwa ukweli.

Hapo chini nitatoa mifano 3. Katika kila mfano, tutaamua thamani inayohitajika kwa kutumia mbinu 2: kwa kutumia formula na kwa njia ya vitendo.

Mfano #1

Katika mfano wa kwanza, tunahitaji kupata sasa (I) katika mzunguko, kujua ukubwa wa chanzo cha voltage mara kwa mara na thamani ya upinzani ya balbu ya LED.

Voltage ya chanzo cha voltage ya DC ni U = 220 (V). Upinzani wa balbu ya taa ya LED ni R = 40740 (Ohm).

Kutumia formula, tunapata sasa kwenye mzunguko:

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

Tunaunganisha mfululizo na balbu ya taa ya LED, imewashwa katika hali ya ammeter, na kupima sasa katika mzunguko.

Uonyesho wa multimeter unaonyesha mzunguko wa sasa. Thamani yake ni 5.4 (mA) au 0.0054 (A), ambayo inalingana na sasa inayopatikana na formula.

Mfano Nambari 2

Katika mfano wa pili, tunahitaji kupata voltage (U) ya sehemu ya mzunguko, kujua kiasi cha sasa katika mzunguko na thamani ya upinzani ya balbu ya LED.

I = 0.0054 (A)

R = 40740 (Ohm)

Kutumia formula, tunapata voltage ya sehemu ya mzunguko:

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

Sasa hebu tuangalie matokeo yaliyopatikana kwa njia ya vitendo.

Tunaunganisha multimeter iliyowashwa katika hali ya voltmeter sambamba na balbu ya taa ya LED na kupima voltage.

Uonyesho wa multimeter unaonyesha voltage iliyopimwa. Thamani yake ni 220 (V), ambayo inafanana na voltage iliyopatikana kwa kutumia formula ya sheria ya Ohm kwa sehemu ya mzunguko.

Mfano Nambari 3

Katika mfano wa tatu, tunahitaji kupata upinzani (R) wa sehemu ya mzunguko, kujua ukubwa wa sasa katika mzunguko na thamani ya voltage ya sehemu ya mzunguko.

I = 0.0054 (A)

U = 220 (V)

Tena, wacha tutumie formula na tupate upinzani wa sehemu ya mzunguko:

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

Sasa hebu tuangalie matokeo yaliyopatikana kwa njia ya vitendo.

Tunapima upinzani wa balbu ya taa ya LED kwa kutumia multimeter.

Thamani iliyosababisha ilikuwa R = 40740 (Ohm), ambayo inafanana na upinzani unaopatikana na formula.

Jinsi ilivyo rahisi kukumbuka Sheria ya Ohm kwa sehemu ya mzunguko !!!

Ili usichanganyike na kukumbuka kwa urahisi formula, unaweza kutumia kidokezo kidogo ambacho unaweza kufanya mwenyewe.

Chora pembetatu na uingize vigezo vya mzunguko wa umeme ndani yake, kulingana na takwimu hapa chini. Unapaswa kuipata hivi.

Jinsi ya kuitumia?

Kutumia pembetatu ya kidokezo ni rahisi sana na rahisi. Funga kwa kidole chako parameter ya mzunguko ambayo inahitaji kupatikana.

Ikiwa vigezo vilivyobaki kwenye pembetatu viko kwenye kiwango sawa, basi wanahitaji kuzidishwa.

Ikiwa vigezo vilivyobaki kwenye pembetatu viko katika viwango tofauti, basi ni muhimu kugawanya parameter ya juu na ya chini.

Kwa msaada wa pembetatu ya ladha, huwezi kuchanganyikiwa katika formula. Lakini ni bora kujifunza kama meza ya kuzidisha.

hitimisho

Mwishoni mwa makala nitatoa hitimisho.

Mkondo wa umeme ni mtiririko unaoelekezwa wa elektroni kutoka kwa uhakika B na uwezo wa chini wa kuelekeza A na uwezo wa kujumlisha. Na juu ya tofauti ya uwezo kati ya pointi hizi, elektroni zaidi zitatoka kutoka kwa uhakika B hadi kumweka A, i.e. sasa katika mzunguko itaongezeka, mradi upinzani wa mzunguko unabaki bila kubadilika.

Lakini upinzani wa balbu ya mwanga hupinga mtiririko wa sasa wa umeme. Na upinzani mkubwa katika mzunguko (uunganisho wa mfululizo wa balbu kadhaa za mwanga), chini itakuwa sasa katika mzunguko, kwa voltage ya mtandao ya mara kwa mara.

P.S. Hapa kwenye mtandao nilipata katuni ya kuchekesha lakini inayoelezea juu ya mada ya sheria ya Ohm kwa sehemu ya mzunguko.

Ningependa kuanza kuelezea kanuni ya uendeshaji wa moja ya sheria za msingi za uhandisi wa umeme na mfano - kuonyesha picha ndogo ya katuni ya 1 ya wanaume watatu wanaoitwa "Voltage U", "Resistance R" na "Sasa I" .

Inaonyesha kwamba "Sasa" inajaribu kutambaa kwa njia ya kupungua kwa bomba, ambayo "Upinzani" inaimarisha kwa bidii. Wakati huo huo, "Voltage" hufanya jitihada kubwa iwezekanavyo kupita, kushinikiza "Sasa".

Takwimu hii inatukumbusha kwamba hii ni harakati iliyoamuru ya chembe za kushtakiwa katika mazingira fulani. Harakati zao zinawezekana chini ya ushawishi wa nishati ya nje inayotumika, ambayo inaunda tofauti inayowezekana - voltage. Hata hivyo, nguvu za ndani za waendeshaji na vipengele vya mzunguko hupunguza ukubwa wa sasa na kupinga harakati zake.

Hebu fikiria mchoro rahisi wa 2, unaoelezea hatua ya sheria ya Ohm kwa sehemu ya mzunguko wa umeme wa moja kwa moja.

Tunatumia U kama chanzo cha voltage, ambayo tunaunganisha kwa upinzani wa R na nene na wakati huo huo waya fupi kwenye pointi A na B. Hebu tuchukue kwamba waya haziathiri kiasi cha sasa mimi kupita kwa resistor R.

Mfumo (1) unaonyesha uhusiano kati ya upinzani (ohms), voltage (volts) na sasa (amps). Wanamwita. Mduara ulio chini ya fomula hurahisisha kukumbuka na kutumia kueleza kila moja ya vigezo vya msingi U, R au I (U iko juu ya kistari, na R na mimi tuko chini).

Ikiwa unahitaji kuamua mmoja wao, kisha uifunge kiakili na ufanyie kazi na mbili zilizobaki, ukifanya shughuli za hesabu. Wakati maadili iko kwenye mstari huo huo, tunazidisha. Na ikiwa ziko katika viwango tofauti, tunagawanya ile ya juu kuwa ya chini.

Mahusiano haya yameonyeshwa katika fomula 2 na 3 za Kielelezo 3 hapa chini.

Katika mzunguko huu, ammeter hutumiwa kupima sasa, ambayo inaunganishwa katika mfululizo na mzigo R, na voltage inapimwa na voltmeter iliyounganishwa kwa sambamba na pointi 1 na 2 za kupinga. Kuzingatia vipengele vya kubuni vya vifaa, hebu tufikiri kwamba ammeter haiathiri thamani ya sasa katika mzunguko, na voltmeter haiathiri voltage.

Kuamua upinzani kwa kutumia sheria ya Ohm

Kwa kutumia usomaji wa ala (U=12 V, I=2.5 A), unaweza kutumia fomula 1 ili kubaini thamani ya upinzani R=12/2.5=4.8 Ohm.

Katika mazoezi, kanuni hii inaingizwa katika uendeshaji wa vyombo vya kupimia - ohmmeters, ambayo huamua upinzani wa kazi wa vifaa mbalimbali vya umeme. Kwa kuwa zinaweza kusanidiwa kupima safu mbalimbali za maadili, zimegawanywa kwa microohmmeters na milliohmeters, ambazo hufanya kazi na upinzani mdogo, na tera-, gigo- na megohmmeters, ambazo hupima maadili makubwa sana.

Kwa hali maalum za uendeshaji hutolewa:

kubebeka;

jopo;

mifano ya maabara.

Kanuni ya uendeshaji wa ohmmeter

Ili kufanya vipimo, vifaa vya magnetoelectric hutumiwa, ingawa hivi karibuni vya elektroniki (analogi na dijiti) vimeanzishwa sana.

Ohmmeter ya mfumo wa magnetoelectric hutumia upinzani wa sasa wa kuzuia R, ambayo hupita milliamps tu kwa yenyewe, na kichwa cha kupima nyeti (milliammeter). Humenyuka kwa mtiririko wa mikondo midogo kupitia kifaa kwa sababu ya mwingiliano wa sehemu mbili za sumaku-umeme kutoka kwa sumaku ya kudumu N-S na uwanja ulioundwa na mkondo unaopita kupitia vilima vya coil 1 na chemchemi ya 2 ya conductive.

Kama matokeo ya mwingiliano wa nguvu za shamba la sumaku, sindano ya chombo hupotosha kwa pembe fulani. Ili kufanya kazi iwe rahisi, kiwango cha kichwa kinahitimu mara moja katika ohms. Katika kesi hii, usemi wa upinzani kupitia sasa hutumiwa kulingana na formula 3.

Ili kuhakikisha vipimo sahihi, ohmmeter lazima ihifadhi thamani iliyoimarishwa ya voltage iliyotolewa kutoka kwa betri. Kwa kusudi hili, calibration inatumika kwa matumizi ya ziada ya kurekebisha resistor R reg. Kwa msaada wake, kabla ya kipimo kuanza, ugavi wa voltage ya ziada kutoka kwa chanzo hadi mzunguko ni mdogo, na thamani madhubuti, yenye viwango imewekwa.

Kuamua voltage kwa kutumia sheria ya Ohm

Wakati wa kufanya kazi na nyaya za umeme, kuna wakati ambapo ni muhimu kujua kushuka kwa voltage kwenye kipengele fulani, kwa mfano, kupinga, lakini upinzani wake, ambao kwa kawaida huwekwa alama kwenye kesi hiyo, na sasa inayopita inajulikana. Ili kufanya hivyo, si lazima kuunganisha voltmeter, lakini tumia tu mahesabu kwa kutumia formula 2.

Kwa upande wetu, kwa Mchoro 3 tutafanya mahesabu: U=2.5 · 4.8 =12 V.

Kuamua sasa kwa kutumia sheria ya Ohm

Kesi hii inaelezwa na formula 3. Inatumika kuhesabu mizigo katika nyaya za umeme, chagua sehemu za msalaba wa waendeshaji, nyaya, fuses au wavunjaji wa mzunguko.

Katika mfano wetu, hesabu inaonekana kama hii: I=12/4.8=2.5 A.

Upasuaji wa bypass

Njia hii katika uhandisi wa umeme hutumiwa kuwatenga uendeshaji wa mambo fulani kutoka kwa mzunguko bila kuwavunja. Kwa kufanya hivyo, vituo vinavyoingia na vinavyotoka (katika Mchoro 1 na 2) ni mfupi-circuited na conductor kutumia resistor ya lazima - wao ni shunted.

Matokeo yake, mzunguko wa sasa huchagua njia yenye upinzani mdogo kwa njia ya shunt na huongezeka kwa kasi, na voltage ya kipengele cha shunted hupungua hadi sifuri.

Mzunguko mfupi

Hali hii ni kesi maalum ya bypass na, kwa ujumla, imeonyeshwa kwenye takwimu hapo juu, wakati mfupi umewekwa kwenye vituo vya pato vya chanzo. Inapotokea, mikondo ya juu ya hatari sana huundwa ambayo inaweza kuambukiza watu na kuchoma vifaa vya umeme visivyolindwa.

Ili kupambana na mzunguko mfupi wa random katika mtandao wa umeme, ulinzi hutumiwa. Wamewekwa kwenye mipangilio hiyo ambayo haiingilii na uendeshaji wa mzunguko katika hali ya kawaida. Wanazima nguvu tu katika hali ya dharura.

Kwa mfano, ikiwa mtoto ataingiza waya kwenye tundu la kaya bila kukusudia, basi kivunja mzunguko wa mzunguko kiotomatiki kilichosanidiwa kwa usahihi cha paneli ya pembejeo ya makazi karibu itazima usambazaji wa umeme mara moja.

Kila kitu kilichoelezwa hapo juu kinatumika kwa sheria ya Ohm kwa sehemu ya mzunguko wa DC, na sio mzunguko kamili, ambapo kunaweza kuwa na taratibu zaidi. Inapaswa kueleweka kuwa hii ni sehemu ndogo tu ya matumizi yake katika uhandisi wa umeme.

Mwelekeo uliotambuliwa na mwanasayansi maarufu Georg Simon Ohm kati ya sasa, voltage na upinzani huelezwa tofauti katika mazingira tofauti na mzunguko wa sasa wa kubadilisha: awamu moja na awamu ya tatu.

Hapa kuna fomula za msingi zinazoonyesha uhusiano kati ya vigezo vya umeme katika waendeshaji wa chuma.

Njia ngumu zaidi za kufanya mahesabu maalum ya sheria ya Ohm katika mazoezi.

Kama tunavyoona, utafiti uliofanywa na mwanasayansi mahiri Georg Simon Ohm ni muhimu sana hata katika wakati wetu wa maendeleo ya haraka ya uhandisi wa umeme na otomatiki.

Georg Simon Ohm alianza utafiti wake akiongozwa na kazi maarufu ya Jean Baptiste Fourier, "Nadharia ya Uchanganuzi ya Joto." Katika kazi hii, Fourier aliwakilisha mtiririko wa joto kati ya nukta mbili kama tofauti ya halijoto, na kuhusisha badiliko la mtiririko wa joto na upitishaji wake kupitia kizuizi chenye umbo lisilo la kawaida kilichoundwa na nyenzo za kuhami joto. Vile vile, Ohm ilisababisha tukio la sasa ya umeme na tofauti inayowezekana.

Kulingana na hili, Ohm alianza kujaribu vifaa tofauti vya conductor. Ili kuamua conductivity yao, aliwaunganisha kwa mfululizo na kurekebisha urefu wao ili nguvu za sasa ziwe sawa katika matukio yote.

Ilikuwa muhimu kwa vipimo vile kuchagua waendeshaji wa kipenyo sawa. Ohm, kupima conductivity ya fedha na dhahabu, kupatikana matokeo ambayo, kwa mujibu wa data ya kisasa, si sahihi. Kwa hivyo, conductor ya fedha ya Ohm ilifanya chini ya sasa ya umeme kuliko dhahabu. Om mwenyewe alielezea hili kwa kusema kwamba kondakta wake wa fedha alikuwa amefungwa na mafuta na kwa sababu ya hili, inaonekana, majaribio hayakutoa matokeo sahihi.

Walakini, hii haikuwa shida pekee ambayo wanafizikia ambao wakati huo walikuwa wakifanya majaribio sawa na umeme walikuwa na shida. Ugumu mkubwa katika kupata nyenzo safi bila uchafu kwa majaribio na ugumu wa kurekebisha kipenyo cha kondakta ulipotosha matokeo ya mtihani. Kosa kubwa zaidi ni kwamba nguvu ya sasa ilikuwa ikibadilika kila wakati wakati wa majaribio, kwani chanzo cha sasa kilikuwa kikibadilisha vipengele vya kemikali. Chini ya hali kama hizo, Ohm ilipata utegemezi wa logarithmic wa sasa juu ya upinzani wa waya.

Baadaye kidogo, mwanafizikia wa Ujerumani Poggendorff, aliyebobea katika kemia ya umeme, alipendekeza Ohm ibadilishe vipengele vya kemikali na thermocouple iliyotengenezwa na bismuth na shaba. Om alianza majaribio yake tena. Wakati huu alitumia kifaa cha thermoelectric kinachoendeshwa na athari ya Seebeck kama betri. Kwa hiyo aliunganisha katika mfululizo wa conductors 8 za shaba za kipenyo sawa, lakini za urefu tofauti. Ili kupima sasa, Ohm ilisimamisha sindano ya magnetic juu ya waendeshaji kwa kutumia thread ya chuma. Sambamba ya sasa ya mshale huu iliihamisha kwa upande. Wakati hii ilifanyika, mwanafizikia alipindua thread mpaka mshale urudi kwenye nafasi yake ya awali. Kulingana na angle ambayo thread ilipigwa, mtu anaweza kuhukumu thamani ya sasa.

Kama matokeo ya jaribio jipya, Ohm alikuja kwenye fomula:

X = a / b + l

Hapa X- ukubwa wa uwanja wa sumaku wa waya; l- urefu wa waya, a- voltage ya mara kwa mara ya chanzo; b- upinzani thabiti wa vipengele vilivyobaki vya mzunguko.

Ikiwa tutageuka kwa maneno ya kisasa kuelezea fomula hii, tunapata hiyo X- nguvu ya sasa, A- EMF ya chanzo, b + l- upinzani wa jumla wa mzunguko.

Sheria ya Ohm kwa sehemu ya mzunguko

Sheria ya Ohm kwa sehemu tofauti ya mzunguko inasema: nguvu ya sasa katika sehemu ya mzunguko huongezeka wakati voltage inaongezeka na inapungua kadiri upinzani wa sehemu hii unavyoongezeka.

I=U/R

Kulingana na fomula hii, tunaweza kuamua kuwa upinzani wa kondakta hutegemea tofauti inayowezekana. Kutoka kwa mtazamo wa hisabati, hii ni sahihi, lakini kutoka kwa mtazamo wa fizikia, ni uongo. Njia hii inatumika tu kwa kuhesabu upinzani kwenye sehemu tofauti ya mzunguko.

Kwa hivyo, formula ya kuhesabu upinzani wa kondakta itachukua fomu:

R = p ⋅ l / s

Sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili

Tofauti kati ya sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili na sheria ya Ohm kwa sehemu ya mzunguko ni kwamba sasa ni lazima kuzingatia aina mbili za upinzani. Hii ni "R" upinzani wa vipengele vyote vya mfumo na "r" upinzani wa ndani wa chanzo cha nguvu ya electromotive. Kwa hivyo formula inachukua fomu:

I = U / R + r

Sheria ya Ohm ya kubadilisha mkondo

Mkondo mbadala hutofautiana na mkondo wa moja kwa moja kwa kuwa hubadilika kwa muda fulani. Hasa, inabadilisha maana na mwelekeo wake. Ili kutumia sheria ya Ohm hapa, unahitaji kuzingatia kwamba upinzani katika mzunguko na sasa ya moja kwa moja inaweza kutofautiana na upinzani katika mzunguko na sasa mbadala. Na inatofautiana ikiwa vipengele vilivyo na majibu vinatumiwa kwenye mzunguko. Mwitikio unaweza kuwa wa kufata neno (coils, transfoma, chokes) au capacitive (capacitor).

Wacha tujaribu kujua ni tofauti gani halisi kati ya upinzani tendaji na tendaji katika mzunguko na mkondo wa kubadilisha. Unapaswa kuelewa tayari kwamba thamani ya voltage na sasa katika mzunguko huo hubadilika kwa muda na, takribani kusema, kuwa na fomu ya wimbi.

Ikiwa tutachora jinsi maadili haya mawili yanavyobadilika kwa wakati, tunapata wimbi la sine. Wote voltage na sasa kupanda kutoka sifuri hadi thamani ya juu, basi, kuanguka, kupita sifuri na kufikia kiwango cha juu hasi thamani. Baada ya hayo, wao huinuka tena kupitia sifuri hadi thamani ya juu na kadhalika. Inaposema kuwa sasa au voltage ni hasi, ina maana kwamba inakwenda kinyume chake.

Mchakato wote hutokea kwa mzunguko fulani. Mahali ambapo voltage au thamani ya sasa kutoka kwa thamani ya chini inayoongezeka hadi thamani ya juu hupita kupitia sifuri inaitwa awamu.

Kwa kweli, hii ni utangulizi tu. Hebu turudi kwenye upinzani tendaji na amilifu. Tofauti ni kwamba katika mzunguko na upinzani wa kazi, awamu ya sasa inafanana na awamu ya voltage. Hiyo ni, thamani ya sasa na thamani ya voltage hufikia kiwango cha juu katika mwelekeo mmoja kwa wakati mmoja. Katika kesi hii, formula yetu ya kuhesabu voltage, upinzani au sasa haibadilika.

Ikiwa saketi ina mwitikio, awamu za sasa na voltage huhama kutoka kwa kila mmoja kwa ¼ ya kipindi. Hii ina maana kwamba wakati sasa inafikia thamani yake ya juu, voltage itakuwa sifuri na kinyume chake. Wakati mmenyuko wa inductive unatumiwa, awamu ya voltage "hupita" awamu ya sasa. Wakati capacitance inatumiwa, awamu ya sasa "inapita" awamu ya voltage.

Mfumo wa kuhesabu kushuka kwa voltage kwenye mwitikio wa kufata neno:

U = Mimi ⋅ ωL

Wapi L ni inductance ya reactance, na ω - mzunguko wa angular (derivative ya wakati wa awamu ya oscillation).

Mfumo wa kuhesabu kushuka kwa voltage kwenye uwezo:

U = I / ω ⋅ C

NA- uwezo wa mwitikio.

Fomula hizi mbili ni kesi maalum za sheria ya Ohm kwa mizunguko tofauti.

Kamili itaonekana kama hii:

I=U/Z

Hapa Z- Upinzani wa jumla wa mzunguko wa kutofautiana hujulikana kama impedance.

Upeo wa maombi

Sheria ya Ohm sio sheria ya msingi katika fizikia, ni utegemezi rahisi wa maadili fulani kwa wengine, ambayo yanafaa katika karibu hali yoyote ya vitendo. Kwa hivyo, itakuwa rahisi kuorodhesha hali wakati sheria haiwezi kufanya kazi:

• Ikiwa kuna inertia ya flygbolag za malipo, kwa mfano katika baadhi ya mashamba ya umeme ya juu-frequency;
• Katika superconductors;
• Ikiwa waya inapokanzwa hadi kiwango ambacho tabia ya sasa ya voltage inaacha kuwa mstari. Kwa mfano, katika taa za incandescent;
• Katika mabomba ya redio ya utupu na gesi;
• Katika diodes na transistors.

Sheria ya Ohm ni sheria ya msingi ambayo hutumiwa katika mahesabu ya nyaya za DC. Ni ya msingi na inaweza kutumika kwa mifumo yoyote ya kimwili ambapo kuna mtiririko wa chembe na mashamba, na upinzani unashindwa.

Sheria au sheria za Kirchhoff ni maombi kwa sheria ya Ohm inayotumiwa kuhesabu nyaya za umeme za DC.

Sheria ya Ohm

Sheria ya jumla ya Ohm ya sehemu isiyo ya sare ya mzunguko (sehemu ya mzunguko iliyo na chanzo cha EMF) ina fomu:

Tofauti inayowezekana mwishoni mwa sehemu ya mzunguko; - EMF ya chanzo katika sehemu inayozingatiwa ya mzunguko; R - upinzani wa nje wa mzunguko; r ni upinzani wa ndani wa chanzo cha EMF. Ikiwa mzunguko umefunguliwa, ambayo inamaanisha kuwa hakuna sasa ndani yake (), basi kutoka (2) tunapata:

Emf inayofanya kazi katika mzunguko wazi ni sawa na tofauti inayowezekana katika ncha zake. Inabadilika kuwa kupata EMF ya chanzo, unapaswa kupima tofauti inayowezekana kwenye vituo vyake na mzunguko wazi.

Sheria ya Ohm kwa mzunguko uliofungwa imeandikwa kama ifuatavyo:

Wingi wakati mwingine huitwa upinzani wa jumla wa mzunguko. Mfumo (2) unaonyesha kuwa nguvu ya umeme ya chanzo cha sasa iliyogawanywa na upinzani wa jumla ni sawa na sasa katika mzunguko.

Sheria ya Kirchhoff

Hebu kuwe na mtandao wa matawi wa makondakta wa kiholela. Katika maeneo fulani, vyanzo mbalimbali vya sasa vinajumuishwa. emf ya vyanzo ni mara kwa mara na itazingatiwa kujulikana. Katika kesi hii, mikondo katika sehemu zote za mzunguko na tofauti zinazowezekana kati yao zinaweza kuhesabiwa kwa kutumia sheria ya Ohm na sheria ya uhifadhi wa malipo.

Ili kurahisisha ufumbuzi wa matatizo ya kuhesabu nyaya za umeme za matawi ambazo zina nyaya kadhaa zilizofungwa na vyanzo kadhaa vya EMF, sheria za Kirchhoff (au sheria) hutumiwa. Sheria za Kirchhoff hutumikia kuunda mfumo wa equations ambayo nguvu za sasa katika vipengele vya mzunguko tata wa matawi hupatikana.

Sheria ya kwanza ya Kirchhoff

Jumla ya mikondo katika nodi ya mzunguko, kwa kuzingatia ishara zao, ni sawa na sifuri:

Utawala wa kwanza wa Kirchhoff ni matokeo ya sheria ya uhifadhi wa malipo ya umeme. Jumla ya aljebra ya mikondo inayoungana katika nodi yoyote katika saketi ni malipo ambayo hufika kwenye nodi kwa kila wakati wa kitengo.

Wakati wa kuchora equations kwa kutumia sheria za Kirchhoff, ni muhimu kuzingatia ishara ambazo nguvu za sasa zinajumuishwa katika equations hizi. Inapaswa kuzingatiwa kuwa mikondo inayoenda kwenye hatua ya matawi na inayotoka kwenye matawi ina ishara tofauti. Katika kesi hii, unahitaji kuamua mwenyewe ni mwelekeo gani (kuelekea au mbali na node) unachukuliwa kuwa chanya.

Sheria ya pili ya Kirchhoff

Bidhaa ya thamani ya algebraic ya sasa (I) kwa jumla ya upinzani wa nje na wa ndani wa sehemu zote za mzunguko uliofungwa ni sawa na jumla ya maadili ya algebraic ya emf ya nje () ya mzunguko unaohusika. :

Kila bidhaa huamua tofauti inayoweza kuwepo kati ya ncha za sehemu inayolingana ikiwa emf ndani yake ingekuwa sawa na sifuri. Wingi huitwa kushuka kwa voltage, ambayo husababishwa na sasa.

Sheria ya pili ya Kirchhoff wakati mwingine hutungwa kama ifuatavyo:

Kwa mzunguko uliofungwa, jumla ya matone ya voltage ni jumla ya emf katika mzunguko unaozingatiwa.

Sheria ya pili ya Kirchhoff (sheria) ni matokeo ya sheria ya jumla ya Ohm. Kwa hiyo, ikiwa katika mzunguko wa pekee uliofungwa kuna chanzo kimoja cha EMF, basi nguvu ya sasa katika mzunguko itakuwa hivyo kwamba jumla ya kushuka kwa voltage kwenye upinzani wa nje na upinzani wa ndani wa chanzo utakuwa sawa na EMF ya nje. ya chanzo. Ikiwa kuna vyanzo kadhaa vya EMF, basi chukua jumla yao ya algebra. Ishara ya EMF imechaguliwa chanya ikiwa, wakati wa kusonga kando ya contour katika mwelekeo mzuri, pole hasi ya chanzo inakabiliwa kwanza. (Mwelekeo mzuri wa bypass ya mzunguko unachukuliwa kuwa mwelekeo wa mzunguko wa mzunguko wa saa au kinyume chake).

Mifano ya kutatua matatizo

MFANO 1

Zoezi

Voltmeter iliunganishwa katika mfululizo kwa mzunguko na upinzani sawa na, na kifaa kilionyesha voltage. Upinzani ulibadilishwa na . Wakati huo huo, usomaji wa voltmeter ulibadilika, na voltage kwenye voltmeter ikawa. Ni upinzani gani ikiwa upinzani wa voltmeter ni r?

Suluhisho

Kwa mujibu wa sheria ya Ohm, nguvu ya sasa ambayo inapita kupitia voltmeter na upinzani ni sawa (katika kesi ya kwanza, Mchoro 1 (a)): Katika kesi ya pili: Nguvu ya sasa mahali popote katika mzunguko katika Mchoro 1 (a) ni sawa na, kwa hiyo, voltage ambayo voltmeter inaonyesha katika kesi ya kwanza ni sawa na: Kutoka (1.3), tunapata: Katika kesi ya pili, tunayo: Wacha tulinganishe pande za kushoto za misemo (1.4) na (1.5): Kutoka kwa formula (1.6), tunaelezea upinzani unaohitajika:

Sheria ya Ohm ni moja ya sheria za msingi za uhandisi wa umeme. Ni rahisi sana na hutumiwa katika hesabu ya karibu nyaya yoyote ya umeme. Lakini sheria hii ina baadhi ya vipengele vya uendeshaji katika nyaya za AC na DC mbele ya vipengele tendaji katika mzunguko. Vipengele hivi lazima vikumbukwe kila wakati.

Mchoro wa kawaida wa sheria ya Ohm inaonekana kama hii:

Na inaonekana rahisi zaidi - sasa inapita katika sehemu ya mzunguko itakuwa sawa na uwiano wa voltage ya mzunguko kwa upinzani wake, ambayo inaonyeshwa na formula:

Lakini tunajua kuwa pamoja na upinzani amilifu R, pia kuna upenyezaji wa majibu X L na uwezo X C. Lakini lazima ukubali kwamba mizunguko ya umeme yenye upinzani hai ni nadra sana. Hebu tuangalie mzunguko ambao inductor L, capacitor C na resistor R zimeunganishwa katika mfululizo:

Kwa kuongezea upinzani amilifu R, inductance L na uwezo C pia zina athari X L na X C, ambayo inaonyeshwa na fomula:

Ambapo ω ni mzunguko wa mzunguko wa mtandao, sawa na ω = 2πf. f - mzunguko wa mtandao katika Hz.

Kwa sasa ya moja kwa moja, mzunguko ni sifuri (f = 0), ipasavyo, mmenyuko wa inductance utakuwa sifuri (formula (1)), na capacitance itakuwa infinity (2), ambayo itasababisha mapumziko katika mzunguko wa umeme. Kutoka hili tunaweza kuhitimisha kuwa hakuna majibu ya vipengele katika nyaya za DC.

Ikiwa tunazingatia mzunguko wa umeme wa kawaida kwa kutumia sasa mbadala, basi haitakuwa tofauti na sasa ya moja kwa moja, tu chanzo cha voltage (badala ya mara kwa mara - kubadilisha):

Ipasavyo, formula ya contour kama hiyo itabaki sawa:

Lakini ikiwa tunachanganya mzunguko na kuongeza vitu tendaji kwake:

Hali itabadilika sana. Sasa f si sawa na sifuri, ambayo inaonyesha kuwa pamoja na upinzani wa kazi, majibu pia huletwa kwenye mzunguko, ambayo inaweza pia kuathiri kiasi cha sasa kinachozunguka katika mzunguko na. Sasa upinzani wa jumla wa mzunguko (ulioonyeshwa kama Z) na sio sawa na Z ≠ R. Fomula itachukua fomu ifuatayo:

Ipasavyo, formula ya sheria ya Ohm itabadilika kidogo:

Kwa nini ni muhimu?

Kujua nuances hizi itawawezesha kuepuka matatizo makubwa ambayo yanaweza kutokea kutokana na njia mbaya ya kutatua matatizo fulani ya umeme. Kwa mfano, inductor yenye vigezo vifuatavyo imeunganishwa na mzunguko wa voltage mbadala: f nom = 50 Hz, U nom = 220 V, R = 0.01 Ohm, L = 0.03 Hz. Ya sasa inapita kupitia coil hii itakuwa sawa.