กรณีพิเศษของกฎของโอห์ม กฎหมายไฟฟ้าพื้นฐาน

หนึ่งในกฎหมายที่ใช้มากที่สุดในสาขาวิศวกรรมไฟฟ้า กฎข้อนี้เปิดเผยความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณที่สำคัญที่สุดสามปริมาณ ได้แก่ กระแส แรงดัน และความต้านทาน ความเชื่อมโยงนี้ถูกค้นพบโดย Georg Ohm ในปี 1820 ซึ่งเป็นสาเหตุที่กฎหมายนี้ได้รับชื่อ

การกำหนดกฎของโอห์มต่อไป:
ปริมาณกระแสไฟฟ้าในส่วนของวงจรจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับส่วนนั้นและเป็นสัดส่วนผกผันกับความต้านทาน

การพึ่งพานี้สามารถแสดงได้ด้วยสูตร:

โดยที่ I คือความแรงของกระแส U คือแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับส่วนวงจร และ R คือความต้านทานไฟฟ้าของส่วนวงจร
ดังนั้นหากรู้ปริมาณสองจำนวนนี้ ก็จะคำนวณปริมาณที่สามได้อย่างง่ายดาย
สามารถเข้าใจกฎของโอห์มได้โดยใช้ตัวอย่างง่ายๆ สมมติว่าเราจำเป็นต้องคำนวณความต้านทานของไส้หลอดของหลอดไฟไฟฉายและเรารู้แรงดันไฟฟ้าในการทำงานของหลอดไฟและกระแสไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับการทำงานของหลอด (คุณรู้ไหมว่าหลอดไฟนั้นมีความต้านทานผันแปร แต่สำหรับ ตัวอย่างเราจะถือเป็นค่าคงที่) ในการคำนวณความต้านทาน คุณต้องหารแรงดันไฟฟ้าด้วยกระแสไฟฟ้า จะจำสูตรกฎของโอห์มเพื่อคำนวณได้อย่างถูกต้องได้อย่างไร? และมันง่ายมากที่จะทำ! คุณเพียงแค่ต้องเตือนตัวเองดังภาพด้านล่าง
ตอนนี้ ถ้าคุณใช้มือคลุมปริมาณใดๆ คุณจะเข้าใจได้ทันทีว่าจะหาได้อย่างไร หากคุณปิดตัวอักษร I จะเห็นได้ชัดว่าในการค้นหากระแสคุณต้องหารแรงดันไฟฟ้าด้วยความต้านทาน
ตอนนี้เรามาดูกันว่าคำว่า "สัดส่วนโดยตรงและสัดส่วนผกผัน" หมายถึงอะไรในการกำหนดกฎหมาย นิพจน์ "ปริมาณกระแสในส่วนหนึ่งของวงจรเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ในส่วนนี้" หมายความว่าถ้าแรงดันไฟฟ้าในส่วนหนึ่งของวงจรเพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าในส่วนนั้นก็จะเพิ่มขึ้นด้วย พูดง่ายๆ ก็คือ ยิ่งแรงดันไฟมาก กระแสก็จะยิ่งมากขึ้นตามไปด้วย และสำนวนที่ว่า "แปรผกผันกับความต้านทาน" หมายความว่า ยิ่งมีความต้านทานมาก กระแสไฟฟ้าก็จะยิ่งน้อยลง
ลองพิจารณาตัวอย่างการทำงานของหลอดไฟในไฟฉาย สมมติว่าไฟฉายต้องใช้แบตเตอรี่สามก้อนในการทำงาน ดังที่แสดงในแผนภาพด้านล่าง โดยที่ GB1 - GB3 เป็นแบตเตอรี่, S1 เป็นสวิตช์, HL1 เป็นหลอดไฟ

สมมติว่าความต้านทานของหลอดไฟคงที่ตามเงื่อนไข แม้ว่าความต้านทานจะเพิ่มขึ้นก็ตามเมื่อความร้อนเพิ่มขึ้น ความสว่างของหลอดไฟจะขึ้นอยู่กับความแรงของกระแสไฟ ยิ่งสูง หลอดไฟก็จะยิ่งสว่างมากขึ้นเท่านั้น ทีนี้ลองจินตนาการว่าแทนที่จะใส่แบตเตอรี่เพียงก้อนเดียวเราใส่จัมเปอร์เข้าไปซึ่งจะช่วยลดแรงดันไฟฟ้าได้
จะเกิดอะไรขึ้นกับหลอดไฟ?
มันจะส่องแสงสลัวมากขึ้น (ความแรงของกระแสลดลง) ซึ่งยืนยันกฎของโอห์ม:
ยิ่งแรงดันไฟฟ้าต่ำเท่าไรกระแสก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น

นี่คือวิธีที่กฎทางกายภาพที่เราพบในชีวิตประจำวันทำงานอย่างเรียบง่าย
โบนัส ภาพการ์ตูนสำหรับคุณโดยเฉพาะที่อธิบายกฎของโอห์มได้อย่างมีสีสันไม่น้อย

นี่เป็นบทความทบทวน เราพูดถึงกฎหมายนี้โดยละเอียดในบทความถัดไป "" โดยดูทุกอย่างโดยใช้ตัวอย่างที่ซับซ้อนกว่านี้

หากคุณไม่ประสบความสำเร็จในวิชาฟิสิกส์ ภาษาอังกฤษสำหรับเด็ก (http://www.anylang.ru/order-category/?slug=live_ language) เป็นทางเลือกในการพัฒนาทางเลือก

เช่น กระแสไฟฟ้า แรงดัน ความต้านทาน และกำลังไฟฟ้า ถึงเวลาแล้วสำหรับกฎหมายไฟฟ้าขั้นพื้นฐาน หากไม่มีความรู้และความเข้าใจซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่จะศึกษาและทำความเข้าใจวงจรและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

กฎของโอห์ม

กระแสไฟฟ้า แรงดัน ความต้านทาน และกำลังมีความเกี่ยวข้องกันอย่างแน่นอน และความสัมพันธ์ระหว่างพวกเขาถูกอธิบายโดยกฎหมายไฟฟ้าที่สำคัญที่สุดอย่างไม่ต้องสงสัย - กฎของโอห์ม- ในรูปแบบที่เรียบง่าย กฎนี้เรียกว่า: กฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจร และกฎหมายนี้มีเสียงดังนี้:

“ความแรงของกระแสไฟฟ้าในส่วนของวงจรจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้า และเป็นสัดส่วนผกผันกับความต้านทานไฟฟ้าของวงจรที่กำหนด”

สำหรับการใช้งานจริง สูตรของกฎของโอห์มสามารถแสดงในรูปแบบของสามเหลี่ยมดังกล่าว ซึ่งนอกเหนือจากการแสดงหลักของสูตรแล้ว ยังจะช่วยกำหนดปริมาณอื่นๆ อีกด้วย

สามเหลี่ยมทำงานดังนี้ หากต้องการคำนวณปริมาณใดปริมาณหนึ่ง เพียงใช้นิ้วปิดไว้ ตัวอย่างเช่น:

ในบทความก่อนหน้านี้ เราได้วาดการเปรียบเทียบระหว่างไฟฟ้าและน้ำ และระบุความสัมพันธ์ระหว่างแรงดัน กระแส และความต้านทาน นอกจากนี้ การตีความกฎของโอห์มที่ดีอาจเป็นรูปแบบต่อไปนี้ ซึ่งแสดงให้เห็นสาระสำคัญของกฎหมายอย่างชัดเจน:

บนนั้นเราจะเห็นว่าตัว "โวลต์" (แรงดันไฟฟ้า) ดันตัว "แอมแปร์" (กระแสไฟฟ้า) ผ่านตัวนำ ซึ่งจะดึงตัว "โอห์ม" (ความต้านทาน) เข้าด้วยกัน ดังนั้นปรากฎว่ายิ่งความต้านทานบีบอัดตัวนำมากเท่าใด กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านได้ยากมากขึ้นเท่านั้น (“ความแรงของกระแสจะแปรผกผันกับความต้านทานของส่วนวงจร” - หรือยิ่งความต้านทานมากขึ้น แย่กว่านั้นคือสำหรับกระแสและยิ่งเล็กลง) แต่แรงดันไฟฟ้าไม่หลับและดันกระแสอย่างสุดกำลัง (ยิ่งแรงดันไฟฟ้าสูง กระแสก็จะยิ่งมากขึ้น หรือ - "ความแรงของกระแสในส่วนของวงจรจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้า")

เมื่อไฟฉายเริ่มส่องแสงสลัว เราก็พูดว่า “แบตเตอรี่เหลือน้อย” เกิดอะไรขึ้นกับมัน หมายความว่าไงที่ถูกปลดประจำการ? ซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลดลงและไม่สามารถ "ช่วย" กระแสไฟเอาชนะความต้านทานของวงจรไฟฉายและหลอดไฟได้อีกต่อไป ปรากฏว่ายิ่งแรงดันไฟสูง กระแสไฟฟ้าก็จะยิ่งมากขึ้น

การเชื่อมต่อแบบอนุกรม - วงจรอนุกรม

เมื่อเชื่อมต่อคอนซูเมอร์แบบอนุกรม เช่น หลอดไฟธรรมดา กระแสไฟฟ้าในแต่ละคอนซูเมอร์จะเท่ากันแต่แรงดันไฟฟ้าจะต่างกัน ที่ผู้บริโภคแต่ละรายแรงดันไฟฟ้าจะลดลง (ลดลง)

และกฎของโอห์มในวงจรอนุกรมจะมีลักษณะดังนี้:

เมื่อเชื่อมต่อแบบอนุกรม ความต้านทานของผู้บริโภคจะเพิ่มขึ้น สูตรคำนวณความต้านทานรวม:

การเชื่อมต่อแบบขนาน - วงจรแบบขนาน

ด้วยการเชื่อมต่อแบบขนาน แรงดันไฟฟ้าเดียวกันจะถูกนำไปใช้กับผู้บริโภคแต่ละราย แต่กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านผู้บริโภคแต่ละรายหากความต้านทานต่างกันจะแตกต่างกัน

กฎของโอห์มสำหรับวงจรขนานที่ประกอบด้วยผู้บริโภคสามคนจะมีลักษณะดังนี้:

เมื่อเชื่อมต่อแบบขนาน ความต้านทานรวมของวงจรจะน้อยกว่าความต้านทานแต่ละตัวที่เล็กที่สุดเสมอ หรือพวกเขายังบอกอีกว่า “แนวต้านจะน้อยกว่าน้อยที่สุด”

ความต้านทานรวมของวงจรที่ประกอบด้วยคอนซูเมอร์สองคนในการเชื่อมต่อแบบขนาน:

ความต้านทานรวมของวงจรประกอบด้วยคอนซูเมอร์ 3 ตัวในการเชื่อมต่อแบบขนาน:

สำหรับผู้บริโภคจำนวนมากขึ้น การคำนวณจะขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อเชื่อมต่อแบบขนาน ค่าการนำไฟฟ้า (ส่วนกลับของความต้านทาน) จะถูกคำนวณเป็นผลรวมของค่าการนำไฟฟ้าของผู้บริโภคแต่ละราย

กำลังไฟฟ้า

กำลังคือปริมาณทางกายภาพที่กำหนดความเร็วของการส่งหรือการแปลงพลังงานไฟฟ้า กำลังคำนวณโดยใช้สูตรต่อไปนี้:

ดังนั้นเมื่อทราบแรงดันแหล่งกำเนิดและการวัดกระแสที่ใช้แล้วเราสามารถกำหนดพลังงานที่ใช้โดยเครื่องใช้ไฟฟ้าได้ และในทางกลับกันเมื่อทราบถึงพลังของเครื่องใช้ไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าของเครือข่ายเราสามารถกำหนดปริมาณการใช้กระแสไฟได้ บางครั้งการคำนวณดังกล่าวก็จำเป็น เช่น ฟิวส์หรือเซอร์กิตเบรกเกอร์ใช้เพื่อป้องกันเครื่องใช้ไฟฟ้า ในการเลือกอุปกรณ์ป้องกันที่เหมาะสม คุณจำเป็นต้องทราบปริมาณการใช้ไฟฟ้าในปัจจุบัน ฟิวส์ที่ใช้ในเครื่องใช้ในครัวเรือนมักจะสามารถซ่อมแซมได้และการคืนค่าก็เพียงพอแล้ว

ขึ้นอยู่กับขนาดของผลกระทบที่กระแสสามารถมีต่อตัวนำ ไม่ว่าจะเป็นผลกระทบทางความร้อน เคมี หรือสนามแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้า นั่นคือโดยการปรับความแรงของกระแสคุณสามารถควบคุมผลกระทบของมันได้ ในทางกลับกันกระแสไฟฟ้าคือการเคลื่อนที่ตามลำดับของอนุภาคภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า

การพึ่งพากระแสและแรงดัน

แน่นอนว่ายิ่งสนามแรงกระทำต่ออนุภาคมากเท่าใด ความแรงของกระแสไฟฟ้าในวงจรก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น สนามไฟฟ้ามีลักษณะเป็นปริมาณที่เรียกว่าแรงดันไฟฟ้า ดังนั้นเราจึงสรุปได้ว่ากระแสไฟฟ้าขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้า

อันที่จริง มีความเป็นไปได้ที่จะพิสูจน์ได้ว่าความแรงของกระแสไฟฟ้าเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้า ในกรณีที่แรงดันไฟฟ้าในวงจรเปลี่ยนแปลงโดยไม่เปลี่ยนพารามิเตอร์อื่นๆ ทั้งหมด กระแสไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงตามปัจจัยเดียวกันกับแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนไป

การเชื่อมต่อกับความต้านทาน

อย่างไรก็ตาม วงจรหรือส่วนใดๆ ของวงจรมีลักษณะเป็นปริมาณที่สำคัญอีกปริมาณหนึ่งที่เรียกว่าความต้านทานไฟฟ้า ความต้านทานจะแปรผกผันกับกระแส หากคุณเปลี่ยนค่าความต้านทานในส่วนใดๆ ของวงจรโดยไม่เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่ปลายส่วนนี้ ความแรงของกระแสไฟฟ้าก็จะเปลี่ยนไปด้วย นอกจากนี้หากเราลดค่าความต้านทานลง ความแรงของกระแสก็จะเพิ่มขึ้นตามจำนวนที่เท่ากัน และในทางกลับกัน เมื่อความต้านทานเพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าจะลดลงตามสัดส่วน

สูตรกฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจร

เมื่อเปรียบเทียบการพึ่งพาทั้งสองนี้ เราสามารถสรุปข้อสรุปเดียวกันกับที่ Georg Ohm นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันค้นพบในปี 1827 เขาเชื่อมโยงปริมาณทางกายภาพทั้งสามข้างต้นเข้าด้วยกัน และได้รับกฎที่ตั้งชื่อตามเขา กฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจรระบุว่า:

ความแรงของกระแสไฟฟ้าในส่วนของวงจรจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าที่ปลายส่วนนี้ และเป็นสัดส่วนผกผันกับความต้านทาน

ที่ฉันเป็นจุดแข็งในปัจจุบัน
คุณ - แรงดันไฟฟ้า
R – ความต้านทาน

การประยุกต์กฎของโอห์ม

กฎของโอห์มเป็นหนึ่งในนั้น กฎพื้นฐานของฟิสิกส์- การค้นพบครั้งนี้ทำให้เราสามารถก้าวกระโดดครั้งใหญ่ในด้านวิทยาศาสตร์ ปัจจุบันเป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการถึงการคำนวณปริมาณไฟฟ้าขั้นพื้นฐานเบื้องต้นสำหรับวงจรใด ๆ โดยไม่ใช้กฎของโอห์ม แนวคิดของกฎหมายนี้ไม่ใช่ขอบเขตเฉพาะของวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์ แต่เป็นส่วนที่จำเป็นของความรู้พื้นฐานของบุคคลที่มีการศึกษาไม่มากก็น้อย ไม่น่าแปลกใจที่มีคำพูดที่ว่า: “ถ้าคุณไม่รู้กฎของโอห์ม ให้อยู่บ้าน”

ยู=ไออาร์และ R=U/ฉัน

จริงอยู่ควรเข้าใจว่าในวงจรที่ประกอบขึ้นค่าความต้านทานของส่วนของวงจรจะเป็นค่าคงที่ดังนั้นเมื่อความแรงของกระแสเปลี่ยนไปเฉพาะแรงดันไฟฟ้าเท่านั้นที่จะเปลี่ยนแปลงและในทางกลับกัน หากต้องการเปลี่ยนความต้านทานของส่วนของวงจร จะต้องประกอบวงจรกลับเข้าไปใหม่ การคำนวณค่าความต้านทานที่ต้องการเมื่อออกแบบและประกอบวงจรสามารถทำได้ตามกฎของโอห์มโดยพิจารณาจากค่าที่คาดหวังของกระแสและแรงดันไฟฟ้าที่จะส่งผ่านส่วนที่กำหนดของวงจร

กฎของโอห์มมักเรียกว่ากฎพื้นฐานของไฟฟ้า Georg Simon Ohm นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันผู้โด่งดังซึ่งค้นพบมันในปี 1826 ได้สร้างความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณทางกายภาพพื้นฐานของวงจรไฟฟ้า - ความต้านทานแรงดันและกระแส

วงจรไฟฟ้า

เพื่อให้เข้าใจความหมายของกฎของโอห์มได้ดีขึ้น คุณต้องเข้าใจว่าวงจรไฟฟ้าทำงานอย่างไร

วงจรไฟฟ้าคืออะไร? นี่คือเส้นทางที่อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า (อิเล็กตรอน) เดินทางในวงจรไฟฟ้า

เพื่อให้กระแสไฟฟ้ามีอยู่ในวงจรไฟฟ้า จำเป็นต้องมีอุปกรณ์อยู่ภายในซึ่งจะสร้างและรักษาความต่างศักย์ไฟฟ้าในส่วนต่างๆ ของวงจรเนื่องจากแรงที่มาจากแหล่งกำเนิดที่ไม่ใช่ไฟฟ้า อุปกรณ์ดังกล่าวเรียกว่า แหล่งจ่ายกระแสตรงและกองกำลัง - กองกำลังภายนอก.

ฉันเรียกวงจรไฟฟ้าที่มีแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าอยู่ ต วงจรไฟฟ้าที่สมบูรณ์. แหล่งกำเนิดกระแสในวงจรดังกล่าวทำหน้าที่ประมาณเดียวกับปั๊มสูบของเหลวในระบบไฮดรอลิกแบบปิด

วงจรไฟฟ้าปิดที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยแหล่งเดียวและผู้ใช้พลังงานไฟฟ้าหนึ่งแหล่งซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยตัวนำ

พารามิเตอร์วงจรไฟฟ้า

โอห์มได้รับกฎอันโด่งดังของเขาจากการทดลอง

เรามาทำการทดลองง่ายๆ กัน

เรามาประกอบวงจรไฟฟ้าโดยที่แหล่งกำเนิดกระแสคือแบตเตอรี่ และอุปกรณ์สำหรับวัดกระแสคือแอมมิเตอร์ที่ต่ออนุกรมกับวงจร โหลดเป็นเกลียวลวด เราจะวัดแรงดันไฟฟ้าโดยใช้โวลต์มิเตอร์ที่ต่อขนานกับเกลียว มาปิดท้ายด้วยโดยใช้กุญแจเชื่อมต่อวงจรไฟฟ้าและบันทึกการอ่านค่าเครื่องมือ

มาเชื่อมต่อแบตเตอรี่ก้อนที่สองด้วยพารามิเตอร์เดียวกันกับแบตเตอรี่ก้อนแรก มาปิดวงจรกันใหม่ครับ เครื่องมือจะแสดงว่าทั้งกระแสและแรงดันเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า

หากคุณเพิ่มประเภทเดียวกันอีกอันหนึ่งลงในแบตเตอรี่ 2 ก้อน กระแสไฟจะเพิ่มขึ้นสามเท่าและแรงดันไฟฟ้าก็จะเพิ่มขึ้นสามเท่าด้วย

ข้อสรุปก็ชัดเจน: กระแสไฟฟ้าในตัวนำเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายที่ปลายตัวนำ.

ในการทดลองของเรา ค่าความต้านทานยังคงที่ เราเปลี่ยนเฉพาะขนาดของกระแสและแรงดันไฟฟ้าในส่วนตัวนำเท่านั้น ทิ้งแบตเตอรี่ไว้เพียงก้อนเดียว แต่เราจะใช้เกลียวที่ทำจากวัสดุที่แตกต่างกันเป็นภาระ ความต้านทานของพวกเขาแตกต่างกัน เมื่อเชื่อมต่อทีละรายการ เราจะบันทึกการอ่านค่าเครื่องดนตรีด้วย เราจะเห็นว่าสิ่งที่ตรงกันข้ามเป็นจริงที่นี่ ยิ่งความต้านทานสูง กระแสไฟฟ้าก็จะยิ่งต่ำลง กระแสไฟฟ้าในวงจรจะแปรผกผันกับความต้านทาน.

ดังนั้นประสบการณ์ของเราทำให้เราสามารถสร้างการพึ่งพากระแสกับแรงดันและความต้านทานได้

แน่นอนว่าประสบการณ์ของโอห์มแตกต่างออกไป ในสมัยนั้นไม่มีแอมป์มิเตอร์ และในการวัดกระแส โอห์มใช้สมดุลแรงบิดของคูลอมบ์ แหล่งที่มาปัจจุบันคือธาตุโวลตาที่ทำจากสังกะสีและทองแดงซึ่งอยู่ในสารละลายของกรดไฮโดรคลอริก ลวดทองแดงถูกวางในถ้วยที่มีสารปรอท ปลายสายไฟจากแหล่งกำเนิดปัจจุบันก็ถูกนำมาที่นั่นด้วย สายไฟมีขนาดหน้าตัดเท่ากัน แต่มีความยาวต่างกัน ด้วยเหตุนี้ค่าความต้านทานจึงเปลี่ยนไป ด้วยการสอดสายไฟต่างๆ เข้าไปในโซ่สลับกัน เราจะสังเกตมุมการหมุนของเข็มแม่เหล็กในสมดุลของแรงบิด จริงๆแล้วมันไม่ใช่ความแรงของกระแสไฟฟ้าที่วัดได้ แต่เป็นการเปลี่ยนแปลงของผลแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้าเนื่องจากการรวมสายไฟที่มีความต้านทานต่างกันไว้ในวงจร โอมเรียกสิ่งนี้ว่า "การสูญเสียกำลัง"

แต่ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง การทดลองของนักวิทยาศาสตร์ทำให้เขาได้รับกฎอันโด่งดังของเขา

จอร์จ ไซมอน โอม

กฎของโอห์มสำหรับวงจรสมบูรณ์

ในขณะเดียวกันสูตรที่ได้มาจากตัวโอห์มเองมีลักษณะดังนี้:

นี่ไม่มีอะไรมากไปกว่าสูตรของกฎของโอห์มสำหรับวงจรไฟฟ้าที่สมบูรณ์: “ความแรงของกระแสไฟฟ้าในวงจรเป็นสัดส่วนกับ EMF ที่กระทำในวงจร และแปรผกผันกับผลรวมของความต้านทานของวงจรภายนอกและความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิด».

ในการทดลองของโอห์มคือปริมาณ เอ็กซ์ แสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงของมูลค่าปัจจุบัน ในสูตรสมัยใหม่สอดคล้องกับความแรงในปัจจุบันฉัน ไหลอยู่ในวงจร ขนาด ก โดดเด่นด้วยคุณสมบัติของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าซึ่งสอดคล้องกับการกำหนดแรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) ที่ทันสมัย ε - คุณค่า คุณค่าล ขึ้นอยู่กับความยาวของตัวนำที่เชื่อมต่อองค์ประกอบของวงจรไฟฟ้า ค่านี้คล้ายคลึงกับความต้านทานของวงจรไฟฟ้าภายนอกร - พารามิเตอร์ ข ระบุคุณสมบัติของการติดตั้งทั้งหมดที่ทำการทดลอง ในสัญกรณ์สมัยใหม่นี่คือร – ความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิดกระแส

สูตรสมัยใหม่สำหรับกฎของโอห์มสำหรับวงจรสมบูรณ์ได้มาอย่างไร

แรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดเท่ากับผลรวมของแรงดันไฟฟ้าที่ตกบนวงจรภายนอก (คุณ ) และที่แหล่งที่มานั้นเอง (คุณ 1 ).

ε = คุณ + คุณ 1 .

จากกฎของโอห์ม ฉัน = คุณ / ร มันเป็นไปตามนั้น คุณ = ฉัน · ร , ก คุณ 1 = ฉัน · ร .

เมื่อแทนนิพจน์เหล่านี้เป็นนิพจน์ก่อนหน้า เราจะได้:

ε = ฉัน R + ฉัน r = ฉัน (R + r) , ที่ไหน

ตามกฎของโอห์ม แรงดันไฟฟ้าในวงจรภายนอกจะเท่ากับกระแสคูณด้วยความต้านทาน คุณ = ฉัน · อาร์ มันจะน้อยกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าต้นทางเสมอ ส่วนต่างเท่ากับมูลค่า คุณ 1 = ฉัน ร .

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อแบตเตอรี่หรือตัวสะสมพลังงานทำงาน? เมื่อแบตเตอรี่หมด ความต้านทานภายในจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงเพิ่มขึ้น คุณ 1 และลดลง คุณ .

กฎของโอห์มเต็มจะกลายเป็นกฎของโอห์มสำหรับส่วนหนึ่งของวงจรถ้าเราลบพารามิเตอร์ต้นทางออกจากกฎนั้น

ไฟฟ้าลัดวงจร

จะเกิดอะไรขึ้นหากจู่ๆ ความต้านทานของวงจรภายนอกกลายเป็นศูนย์? ในชีวิตประจำวัน เราสามารถสังเกตสิ่งนี้ได้ ตัวอย่างเช่น ฉนวนไฟฟ้าของสายไฟเสียหายและเกิดการลัดวงจร ก็เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า ไฟฟ้าลัดวงจร- ปัจจุบันเรียกว่า กระแสไฟฟ้าลัดวงจร,จะมีขนาดใหญ่มาก. สิ่งนี้จะปล่อยความร้อนจำนวนมากซึ่งอาจทำให้เกิดเพลิงไหม้ได้ เพื่อป้องกันไม่ให้สิ่งนี้เกิดขึ้น อุปกรณ์ที่เรียกว่าฟิวส์จะถูกวางไว้ในวงจร ได้รับการออกแบบในลักษณะที่สามารถทำลายวงจรไฟฟ้าในขณะที่เกิดไฟฟ้าลัดวงจรได้

กฎของโอห์มสำหรับกระแสสลับ

ในวงจรแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับนอกเหนือจากความต้านทานแบบแอคทีฟตามปกติแล้วยังมีรีแอกแตนซ์ (ความจุ, ตัวเหนี่ยวนำ)

สำหรับวงจรดังกล่าว คุณ = ฉัน · ซี , ที่ไหน ซี - ความต้านทานรวมซึ่งรวมถึงส่วนประกอบที่ใช้งานและปฏิกิริยา

แต่เครื่องจักรไฟฟ้าและโรงไฟฟ้าที่ทรงพลังนั้นมีรีแอกแตนซ์สูง ในเครื่องใช้ในครัวเรือนรอบตัวเรา ส่วนประกอบที่เกิดปฏิกิริยามีขนาดเล็กมากจนสามารถมองข้ามได้ และสำหรับการคำนวณ ให้ใช้รูปแบบการเขียนกฎของโอห์มอย่างง่าย:

ฉัน = คุณ / ร

กำลังและกฎของโอห์ม

โอห์มไม่เพียงแต่สร้างความสัมพันธ์ระหว่างแรงดัน กระแส และความต้านทานของวงจรไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังได้สมการในการกำหนดกำลังอีกด้วย:

ป = คุณ · ฉัน = ฉัน 2 · ร

อย่างที่คุณเห็น ยิ่งกระแสไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้ามากเท่าใด พลังงานก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เนื่องจากตัวนำหรือตัวต้านทานไม่ใช่โหลดที่เป็นประโยชน์ กำลังไฟฟ้าที่ตกลงบนตัวนำหรือตัวต้านทานจะถือว่าสูญเสียพลังงาน ใช้สำหรับให้ความร้อนแก่ตัวนำ และยิ่งความต้านทานของตัวนำดังกล่าวมากเท่าไรก็ยิ่งสูญเสียพลังงานมากขึ้นเท่านั้น เพื่อลดการสูญเสียความร้อน จึงใช้ตัวนำที่มีความต้านทานต่ำในวงจร ซึ่งทำได้เช่นในการติดตั้งระบบเสียงอันทรงพลัง

แทนที่จะเป็นบทส่งท้าย

คำใบ้เล็กๆ น้อยๆ สำหรับผู้ที่สับสนและจำสูตรกฎของโอห์มไม่ได้

แบ่งสามเหลี่ยมออกเป็น 3 ส่วน ยิ่งไปกว่านั้น วิธีที่เราทำสิ่งนี้นั้นไม่สำคัญเลย ให้เราป้อนปริมาณที่รวมอยู่ในกฎของโอห์มในแต่ละปริมาณดังแสดงในรูป

มาปิดค่าที่ต้องการหากัน หากค่าที่เหลืออยู่ในระดับเดียวกันก็จะต้องคูณกัน หากอยู่ในระดับที่แตกต่างกัน ค่าที่อยู่ด้านบนจะต้องถูกหารด้วยค่าที่ต่ำกว่า

กฎของโอห์มใช้กันอย่างแพร่หลายในทางปฏิบัติเมื่อออกแบบเครือข่ายไฟฟ้าในการผลิตและที่บ้าน

Georg Simon Ohm เริ่มงานวิจัยของเขาโดยได้รับแรงบันดาลใจจากผลงานชื่อดังของ Jean Baptiste Fourier เรื่อง “ทฤษฎีการวิเคราะห์ความร้อน” ในงานนี้ ฟูริเยร์แสดงการไหลของความร้อนระหว่างจุดสองจุดในรูปของความแตกต่างของอุณหภูมิ และเชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงของการไหลของความร้อนกับการเคลื่อนตัวผ่านสิ่งกีดขวางรูปทรงไม่สม่ำเสมอที่ทำจากวัสดุฉนวนความร้อน ในทำนองเดียวกัน โอห์มทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าโดยความต่างศักย์

ด้วยเหตุนี้ โอห์มจึงเริ่มทดลองกับวัสดุตัวนำต่างๆ เพื่อที่จะหาค่าการนำไฟฟ้า เขาได้เชื่อมต่อพวกมันแบบอนุกรมและปรับความยาวเพื่อให้ความแรงของกระแสเท่ากันในทุกกรณี

สิ่งสำคัญคือต้องเลือกตัวนำที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากันสำหรับการวัดดังกล่าว โอห์มในการวัดค่าการนำไฟฟ้าของเงินและทองได้ผลลัพธ์ที่ไม่ถูกต้องตามข้อมูลสมัยใหม่ ดังนั้นตัวนำเงินของโอห์มจึงนำกระแสไฟฟ้าน้อยกว่าทองคำ โอมเองอธิบายเรื่องนี้โดยบอกว่าตัวนำเงินของเขาถูกเคลือบด้วยน้ำมัน และด้วยเหตุนี้ เห็นได้ชัดว่าการทดลองไม่ได้ให้ผลลัพธ์ที่แม่นยำ

อย่างไรก็ตามนี่ไม่ใช่ปัญหาเดียวที่นักฟิสิกส์ซึ่งในขณะนั้นกำลังทำการทดลองไฟฟ้าที่คล้ายกันมีปัญหาอยู่ ความยากลำบากอย่างมากในการได้รับวัสดุบริสุทธิ์โดยไม่มีสิ่งเจือปนสำหรับการทดลอง และความยากลำบากในการสอบเทียบเส้นผ่านศูนย์กลางของตัวนำทำให้ผลการทดสอบบิดเบี้ยว อุปสรรคที่ใหญ่กว่านั้นคือความแรงของกระแสมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาในระหว่างการทดสอบ เนื่องจากแหล่งกำเนิดของกระแสคือองค์ประกอบทางเคมีที่สลับกัน ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว โอห์มจะได้รับการพึ่งพาลอการิทึมของกระแสกับความต้านทานของเส้นลวด

หลังจากนั้นไม่นานนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Poggendorff ซึ่งเชี่ยวชาญด้านไฟฟ้าเคมีแนะนำว่าโอห์มแทนที่องค์ประกอบทางเคมีด้วยเทอร์โมคัปเปิลที่ทำจากบิสมัทและทองแดง โอมเริ่มการทดลองอีกครั้ง คราวนี้เขาใช้อุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริกที่ขับเคลื่อนโดยเอฟเฟกต์ Seebeck เป็นแบตเตอรี่ เขาเชื่อมต่อเข้ากับตัวนำทองแดงซีรีย์ 8 ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน แต่มีความยาวต่างกัน ในการวัดกระแส โอห์มแขวนเข็มแม่เหล็กไว้เหนือตัวนำโดยใช้ด้ายโลหะ กระแสน้ำที่วิ่งขนานกับลูกศรนี้เลื่อนไปด้านข้าง เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น นักฟิสิกส์ก็บิดด้ายจนกระทั่งลูกศรกลับสู่ตำแหน่งเดิม ขึ้นอยู่กับมุมที่ด้ายถูกบิด เราสามารถตัดสินมูลค่าของกระแสได้

จากการทดลองใหม่ โอห์มได้สูตรดังนี้:

X = ก / ข + ล

ที่นี่ เอ็กซ์– ความเข้มของสนามแม่เหล็กของเส้นลวด ล– ความยาวสายไฟ ก– แรงดันแหล่งจ่ายคงที่ ข– ค่าคงที่ความต้านทานขององค์ประกอบที่เหลือของวงจร

หากเราหันไปใช้คำศัพท์สมัยใหม่เพื่ออธิบายสูตรนี้ เราก็เข้าใจสิ่งนั้น เอ็กซ์– ความแรงในปัจจุบัน ก– EMF ของแหล่งกำเนิด ข + ล– ความต้านทานวงจรรวม.

กฎของโอห์มสำหรับหน้าตัดวงจร

กฎของโอห์มสำหรับส่วนที่แยกต่างหากของวงจรระบุว่า ความแรงของกระแสไฟฟ้าในส่วนของวงจรจะเพิ่มขึ้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นและลดลงเมื่อความต้านทานของส่วนนี้เพิ่มขึ้น

ผม=คุณ/ร

จากสูตรนี้ เราสามารถตัดสินใจได้ว่าความต้านทานของตัวนำขึ้นอยู่กับความต่างศักย์ จากมุมมองทางคณิตศาสตร์ สิ่งนี้ถูกต้อง แต่จากมุมมองทางฟิสิกส์ มันเป็นเท็จ สูตรนี้ใช้สำหรับการคำนวณความต้านทานในส่วนที่แยกจากกันของวงจรเท่านั้น

ดังนั้นสูตรในการคำนวณความต้านทานของตัวนำจะอยู่ในรูปแบบ:

R = พี ⋅ ลิตร / วินาที

กฎของโอห์มสำหรับวงจรสมบูรณ์

ความแตกต่างระหว่างกฎของโอห์มสำหรับวงจรสมบูรณ์และกฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจรก็คือ ตอนนี้เราต้องคำนึงถึงความต้านทานสองประเภทด้วย นี่คือ "R" ความต้านทานของส่วนประกอบทั้งหมดของระบบและ "r" ความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า สูตรจึงอยู่ในรูปแบบ:

ฉัน = U / R + r

กฎของโอห์มสำหรับกระแสสลับ

กระแสสลับแตกต่างจากกระแสตรงตรงที่มีการเปลี่ยนแปลงในช่วงเวลาหนึ่ง โดยเฉพาะมันเปลี่ยนความหมายและทิศทางของมัน ในการใช้กฎของโอห์มที่นี่ คุณต้องคำนึงว่าความต้านทานในวงจรที่มีกระแสตรงอาจแตกต่างจากความต้านทานในวงจรที่มีกระแสสลับ และจะแตกต่างออกไปหากใช้ส่วนประกอบที่มีรีแอกแตนซ์ในวงจร รีแอกแตนซ์อาจเป็นแบบอุปนัย (คอยล์ หม้อแปลง โช้ก) หรือแบบคาปาซิทีฟ (คาปาซิเตอร์)

ลองหาความแตกต่างที่แท้จริงระหว่างความต้านทานปฏิกิริยาและความต้านทานแบบแอกทีฟในวงจรที่มีกระแสสลับ คุณควรเข้าใจแล้วว่าค่าของแรงดันและกระแสในวงจรดังกล่าวเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา และพูดคร่าวๆ ก็คือมีรูปคลื่น

หากเราสร้างแผนภาพว่าค่าทั้งสองนี้เปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป เราจะได้คลื่นไซน์ ทั้งแรงดันและกระแสเพิ่มขึ้นจากศูนย์เป็นค่าสูงสุด จากนั้นลดลง ผ่านศูนย์และไปถึงค่าลบสูงสุด หลังจากนั้นค่าจะเพิ่มขึ้นอีกครั้งจากศูนย์จนถึงค่าสูงสุดและต่อๆ ไป เมื่อบอกว่ากระแสหรือแรงดันเป็นลบก็หมายความว่ามันเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม

กระบวนการทั้งหมดเกิดขึ้นที่ความถี่ที่แน่นอน จุดที่แรงดันหรือค่ากระแสจากค่าต่ำสุดที่เพิ่มขึ้นจนถึงค่าสูงสุดที่ผ่านศูนย์เรียกว่าเฟส

อันที่จริงนี่เป็นเพียงคำนำเท่านั้น กลับมาที่แนวต้านแบบปฏิกิริยาและแบบแอคทีฟอีกครั้ง ข้อแตกต่างก็คือในวงจรที่มีความต้านทานแบบแอกทีฟ เฟสกระแสจะตรงกับเฟสแรงดันไฟฟ้า นั่นคือทั้งค่ากระแสและค่าแรงดันจะถึงค่าสูงสุดในทิศทางเดียวในเวลาเดียวกัน ในกรณีนี้ สูตรคำนวณแรงดันไฟฟ้า ความต้านทาน หรือกระแสไฟฟ้าของเราจะไม่เปลี่ยนแปลง

หากวงจรมีรีแอกแตนซ์ เฟสของกระแสและแรงดันไฟฟ้าจะเลื่อนจากกัน ¼ ของช่วงเวลา ซึ่งหมายความว่าเมื่อกระแสไฟฟ้าถึงค่าสูงสุด แรงดันไฟฟ้าจะเป็นศูนย์และในทางกลับกัน เมื่อใช้รีแอคแทนซ์แบบเหนี่ยวนำ เฟสแรงดันไฟฟ้าจะ "แซง" เฟสปัจจุบัน เมื่อใช้ความจุไฟฟ้า เฟสกระแสจะ "แซง" เฟสแรงดันไฟฟ้า