Ο νόμος του Ohm για μια πλήρη αλυσίδα και για ένα τμήμα μιας αλυσίδας: επιλογές τύπου, περιγραφή και εξήγηση

Για κλειστό κύκλωμα

Ως κλειστό κύκλωμα νοείται μια κλειστή ηλεκτρική σύνδεση μέσω της οποίας κυκλοφορεί ρεύμα. Όταν υπάρχει μια σειρά από καλώδια που συνδέονται μεταξύ τους και ολοκληρώνουν το κύκλωμα έτσι ώστε να τρέχω από τη μια άκρη του κύκλου στην άλλη, θα είναι ένα κλειστό κύκλωμα.

EMF (E) - συμβολίζεται και μετράται σε βολτ και αναφέρεται στην τάση που παράγεται από μια μπαταρία ή μαγνητική δύναμη σύμφωνα με το νόμο του Faraday, ο οποίος δηλώνει ότι ένα χρονικά μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο θα προκαλέσει ηλεκτρικό ρεύμα.

Τότε: E = IR + Ir

E \u003d I (R + r)

I \u003d E / (R + r)

Όπου: r είναι η αντίσταση της πηγής ρεύματος.

Αυτή η έκφραση είναι γνωστή ως νόμος του Ohm για κυκλώματα κλειστού βρόχου.

Ετερογενής αλυσίδα

Ξεχωριστό τμήμα και πλήρες ηλεκτρικό κύκλωμα

Ο νόμος του Ohm, όπως εφαρμόζεται σε ένα τμήμα ή σε ολόκληρο το κύκλωμα, μπορεί να εξεταστεί σε δύο επιλογές υπολογισμού:

• Ξεχωριστή σύντομη ενότητα. Είναι μέρος ενός κυκλώματος χωρίς πηγή EMF.
• Μια πλήρης αλυσίδα που αποτελείται από ένα ή περισσότερα τμήματα. Αυτό περιλαμβάνει επίσης μια πηγή EMF με τη δική της εσωτερική αντίσταση.

Υπολογισμός του τρέχοντος τμήματος του ηλεκτρικού κυκλώματος

Σε αυτήν την περίπτωση, εφαρμόζεται ο βασικός τύπος I \u003d U / R, στον οποίο I είναι η ισχύς του ρεύματος, U είναι η τάση, R είναι η αντίσταση. Σύμφωνα με αυτό, μπορεί κανείς να διατυπώσει τη γενικά αποδεκτή ερμηνεία του νόμου του Ohm:

Αυτή η σύνθεση είναι η βάση για πολλές άλλες φόρμουλες που παρουσιάζονται στο λεγόμενο «χαμομήλι» στη γραφιστική. Στον τομέα P - προσδιορίζεται η ισχύς, στους τομείς I, U και R - πραγματοποιούνται ενέργειες που σχετίζονται με την ένταση ρεύματος, την τάση και την αντίσταση.

Κάθε έκφραση - βασική και πρόσθετη, σας επιτρέπει να υπολογίσετε τις ακριβείς παραμέτρους των στοιχείων που προορίζονται για χρήση στο κύκλωμα.

Οι ειδικοί που εργάζονται με ηλεκτρικά κυκλώματα εκτελούν έναν γρήγορο προσδιορισμό οποιασδήποτε από τις παραμέτρους χρησιμοποιώντας τη μέθοδο τριγώνου που φαίνεται στο σχήμα.

Οι υπολογισμοί θα πρέπει να λαμβάνουν υπόψη την αντίσταση των αγωγών που συνδέουν τα στοιχεία του τμήματος. Δεδομένου ότι είναι κατασκευασμένα από διαφορετικά υλικά, αυτή η παράμετρος θα είναι διαφορετική σε κάθε περίπτωση.Εάν είναι απαραίτητο να σχηματιστεί ένα πλήρες κύκλωμα, τότε ο κύριος τύπος συμπληρώνεται με τις παραμέτρους μιας πηγής τάσης, για παράδειγμα, μια μπαταρία.

Επιλογή υπολογισμού για μια πλήρη αλυσίδα

Ένα πλήρες κύκλωμα αποτελείται από μεμονωμένα τμήματα, συνδυασμένα σε ένα ενιαίο σύνολο μαζί με μια πηγή τάσης (EMF). Έτσι, η υπάρχουσα αντίσταση των τμημάτων συμπληρώνεται από την εσωτερική αντίσταση της συνδεδεμένης πηγής. Επομένως, η κύρια ερμηνεία που συζητήθηκε νωρίτερα θα έχει ως εξής: I = U / (R + r). Εδώ, ο δείκτης αντίστασης (r) της πηγής EMF έχει ήδη προστεθεί.

Από την άποψη της καθαρής φυσικής, αυτός ο δείκτης θεωρείται πολύ μικρή τιμή. Ωστόσο, στην πράξη, κατά τον υπολογισμό σύνθετων κυκλωμάτων και κυκλωμάτων, οι ειδικοί αναγκάζονται να το λάβουν υπόψη, καθώς η πρόσθετη αντίσταση επηρεάζει την ακρίβεια της εργασίας. Επιπλέον, η δομή κάθε πηγής είναι πολύ ετερογενής, με αποτέλεσμα η αντίσταση σε ορισμένες περιπτώσεις να μπορεί να εκφραστεί με αρκετά υψηλά ποσοστά.

Οι παραπάνω υπολογισμοί γίνονται σε σχέση με κυκλώματα συνεχούς ρεύματος. Οι ενέργειες και οι υπολογισμοί με εναλλασσόμενο ρεύμα γίνονται σύμφωνα με διαφορετικό σχήμα.

Η επίδραση του νόμου σε μια μεταβλητή

Με εναλλασσόμενο ρεύμα, η αντίσταση του κυκλώματος θα είναι η λεγόμενη σύνθετη αντίσταση, που αποτελείται από ενεργή αντίσταση και αντιδραστικό φορτίο αντίστασης. Αυτό οφείλεται στην παρουσία στοιχείων με επαγωγικές ιδιότητες και ημιτονοειδή τιμή ρεύματος. Η τάση είναι επίσης μια μεταβλητή, που ενεργεί σύμφωνα με τους δικούς της νόμους μεταγωγής.

Επομένως, ο σχεδιασμός του κυκλώματος εναλλασσόμενου ρεύματος του νόμου του Ohm υπολογίζεται λαμβάνοντας υπόψη συγκεκριμένα αποτελέσματα: καθοδήγηση ή καθυστέρηση του μεγέθους του ρεύματος από την τάση, καθώς και την παρουσία ενεργού και άεργου ισχύος.Με τη σειρά της, η αντίδραση περιλαμβάνει επαγωγικά ή χωρητικά συστατικά.

Όλα αυτά τα φαινόμενα θα αντιστοιχούν στον τύπο Z \u003d U / I ή Z \u003d R + J * (XL - XC), στον οποίο το Z είναι η σύνθετη αντίσταση. R - ενεργό φορτίο. XL, XC - επαγωγικά και χωρητικά φορτία. Το J είναι ο συντελεστής διόρθωσης.

Πηγή EMF σε πλήρες κύκλωμα

Για την εμφάνιση ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα κλειστό κύκλωμα, αυτό το κύκλωμα πρέπει να περιέχει τουλάχιστον ένα ειδικό στοιχείο στο οποίο θα πραγματοποιείται η εργασία μεταφοράς φορτίων μεταξύ των πόλων του. Οι δυνάμεις που μεταφέρουν φορτία μέσα σε αυτό το στοιχείο το κάνουν ενάντια στο ηλεκτρικό πεδίο, πράγμα που σημαίνει ότι η φύση τους πρέπει να είναι διαφορετική από την ηλεκτρική. Επομένως, τέτοιες δυνάμεις ονομάζονται τρίτες.

Ρύζι. 1. Εξωτερικές δυνάμεις στη φυσική.

Ένα στοιχείο ενός ηλεκτρικού κυκλώματος στο οποίο εξωτερικές δυνάμεις λειτουργούν για τη μεταφορά φορτίων έναντι της δράσης ενός ηλεκτρικού πεδίου ονομάζεται πηγή ρεύματος. Το κύριο χαρακτηριστικό του είναι το μέγεθος των εξωτερικών δυνάμεων. Για τον χαρακτηρισμό του, εισάγεται ένα ειδικό μέτρο - Ηλεκτροκινητική Δύναμη (EMF), συμβολίζεται με το γράμμα $\mathscr{E}$.

Η τιμή του EMF της πηγής ρεύματος είναι ίση με τον λόγο των εξωτερικών δυνάμεων για τη μεταφορά φορτίου προς την τιμή αυτού του φορτίου:

$$\mathscr{E}={A_{st}\over q}$$

Δεδομένου ότι η έννοια του EMF είναι πολύ κοντά στην έννοια της ηλεκτρικής τάσης (ανάκληση, τάση είναι ο λόγος της εργασίας που γίνεται από το ηλεκτρικό πεδίο που μεταφέρει το φορτίο προς την τιμή αυτού του φορτίου), τότε το EMF, όπως και η τάση, μετράται σε Volts:

$1B={J\overCl}$$

Το δεύτερο πιο σημαντικό ηλεκτρικό χαρακτηριστικό μιας πραγματικής πηγής ρεύματος είναι η εσωτερική αντίστασή της.Όταν τα φορτία μεταφέρονται μεταξύ των ακροδεκτών, αλληλεπιδρούν με την ουσία της πηγής EMF, και επομένως, η πηγή ηλεκτρικού ρεύματος παρουσιάζει επίσης κάποια αντίσταση. Η εσωτερική αντίσταση, όπως και η συνηθισμένη αντίσταση, μετριέται σε ohms, αλλά συμβολίζεται με το μικρό λατινικό γράμμα $r$.

Ρύζι. 2. Παραδείγματα τρεχουσών πηγών.

R - ηλεκτρική αντίσταση

Η αντίσταση είναι το αντίστροφο της τάσης και μπορεί να συγκριθεί με το αποτέλεσμα της κίνησης ενός σώματος ενάντια στην κίνηση σε τρεχούμενο νερό. Η μονάδα του R είναι το Om, το οποίο συμβολίζεται με το κεφαλαίο ελληνικό γράμμα Ωμέγα.

Η αμοιβαία αντίσταση (1/R) είναι γνωστή ως αγωγιμότητα, η οποία μετρά την ικανότητα ενός αντικειμένου να διεξάγει ένα φορτίο, εκφραζόμενη σε μονάδες Siemens.

Η γεωμετρικά ανεξάρτητη ποσότητα που χρησιμοποιείται ονομάζεται ειδική αντίσταση και συνήθως συμβολίζεται με το ελληνικό σύμβολο r.

Επιπλέον πληροφορίες. Ο νόμος του Ohm βοηθά στη δημιουργία τριών σημαντικών δεικτών της λειτουργίας του ηλεκτρικού δικτύου, γεγονός που απλοποιεί τον υπολογισμό της ισχύος. Δεν ισχύει για μονόπλευρα δίκτυα με στοιχεία όπως δίοδος, τρανζίστορ και παρόμοια. Και επίσης δεν ισχύει για μη γραμμικά στοιχεία, παραδείγματα των οποίων είναι τα θυρίστορ, καθώς η τιμή αντίστασης αυτών των στοιχείων αλλάζει με διαφορετική δεδομένη τάση και ρεύμα.

Σε υψηλότερες συχνότητες, η κατανεμημένη συμπεριφορά γίνεται κυρίαρχη. Το ίδιο συμβαίνει με τα πολύ μεγάλα καλώδια ρεύματος. Ακόμη και σε συχνότητα τόσο χαμηλή όσο 60 Hz, μια πολύ μεγάλη γραμμή μετάδοσης, όπως 30 km, έχει κατανεμημένη φύση. Ο κύριος λόγος είναι ότι τα αποτελεσματικά ηλεκτρικά σήματα που διαδίδονται στα κυκλώματα είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα, όχι βολτ και αμπέρ, τα οποία μολύνονται από ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα.Οι αγωγοί απλώς λειτουργούν ως οδηγοί για τα κύματα. Έτσι, για παράδειγμα, ένα ομοαξονικό καλώδιο θα δείχνει Z = 75 ohms, ακόμα κι αν η αντίστασή του σε συνεχές ρεύμα είναι αμελητέα.

Ο νόμος του Ohm είναι ο θεμελιώδης νόμος της ηλεκτρικής μηχανικής. Έχει μεγάλο αριθμό πρακτικών εφαρμογών σε όλα τα ηλεκτρικά κυκλώματα και ηλεκτρονικά εξαρτήματα.

Τα πιο συνηθισμένα παραδείγματα εφαρμογής του νόμου του Ohm:

1. Η ισχύς που παρέχεται στον ηλεκτρικό θερμαντήρα. Δεδομένης της αντίστασης του πηνίου του θερμαντήρα και της εφαρμοζόμενης τάσης, μπορεί να υπολογιστεί η ισχύς που παρέχεται σε αυτόν τον θερμαντήρα.
2. Επιλογή ασφαλειών. Είναι εξαρτήματα προστασίας που συνδέονται σε σειρά με ηλεκτρονικές συσκευές. Οι ασφάλειες/CB βαθμολογούνται σε αμπέρ. Η τρέχουσα ονομαστική ασφάλεια υπολογίζεται χρησιμοποιώντας το νόμο του Ohm.
3. Σχεδιασμός ηλεκτρονικών συσκευών. Οι ηλεκτρονικές συσκευές όπως οι φορητοί υπολογιστές και τα κινητά τηλέφωνα απαιτούν τροφοδοτικό DC με συγκεκριμένη ονομαστική τιμή ρεύματος. Οι τυπικές μπαταρίες κινητών τηλεφώνων απαιτούν 0,7-1 Α. Χρησιμοποιείται μια αντίσταση για τον έλεγχο του ρυθμού του ρεύματος που ρέει μέσω αυτών των στοιχείων. Ο νόμος του Ohm χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του ονομαστικού ρεύματος σε ένα τυπικό κύκλωμα.

Κάποτε, τα συμπεράσματα του Ohm έγιναν καταλύτης για νέες έρευνες στον τομέα της ηλεκτρικής ενέργειας και σήμερα δεν έχουν χάσει τη σημασία τους, αφού σε αυτά βασίζεται η σύγχρονη ηλεκτρολογία. Το 1841, ο Om τιμήθηκε με την υψηλότερη τιμή της Βασιλικής Εταιρείας, το μετάλλιο Copley, και ο όρος "Om" αναγνωρίστηκε ως μονάδα αντίστασης ήδη από το 1872.

Ανομοιόμορφο τμήμα του κυκλώματος DC

Μια ετερογενής δομή έχει ένα τέτοιο τμήμα του κυκλώματος, όπου, εκτός από αγωγούς και στοιχεία, υπάρχει και πηγή ρεύματος. Το EMF του πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τον υπολογισμό της συνολικής ισχύος ρεύματος σε αυτήν την περιοχή.

Υπάρχει ένας τύπος που ορίζει τις κύριες παραμέτρους και διαδικασίες μιας ετερογενούς τοποθεσίας: q = q0 x n x V. Οι δείκτες της χαρακτηρίζονται ως εξής:

• Κατά τη διαδικασία μετακίνησης των φορτίων (q), αποκτούν μια ορισμένη πυκνότητα. Η απόδοσή του εξαρτάται από την τρέχουσα ισχύ και την περιοχή διατομής του αγωγού (S).
• Υπό συνθήκες ορισμένης συγκέντρωσης (n), είναι δυνατό να υποδειχθεί με ακρίβεια ο αριθμός των φορτίων μονάδας (q0) που μετακινήθηκαν σε μία μόνο χρονική περίοδο.
• Για τους υπολογισμούς, ο αγωγός θεωρείται υπό όρους κυλινδρικό τμήμα με κάποιο όγκο (V).

Κατά τη σύνδεση του αγωγού με την μπαταρία, η τελευταία θα αποφορτιστεί μετά από λίγο. Δηλαδή, η κίνηση των ηλεκτρονίων σταδιακά επιβραδύνεται και, στο τέλος, σταματάει εντελώς. Αυτό διευκολύνεται από το μοριακό πλέγμα του αγωγού, το οποίο εξουδετερώνει τη σύγκρουση ηλεκτρονίων μεταξύ τους και άλλους παράγοντες. Για να ξεπεραστεί αυτή η αντίσταση, πρέπει να εφαρμοστούν επιπλέον ορισμένες δυνάμεις τρίτων.

Κατά τους υπολογισμούς, αυτές οι δυνάμεις προστίθενται στις Coulomb. Επιπλέον, για να μεταφέρετε μια μοναδιαία φόρτιση q από το 1ο σημείο στο 2ο, θα χρειαστεί να εκτελέσετε την εργασία A1-2 ή απλά A12. Για το σκοπό αυτό, δημιουργείται μια διαφορά δυναμικού (φ1 - ϕ2). Κάτω από τη δράση μιας πηγής συνεχούς ρεύματος, προκύπτει ένα EMF, μετακινώντας φορτία κατά μήκος του κυκλώματος. Το μέγεθος της συνολικής τάσης θα αποτελείται από όλες τις δυνάμεις που σημειώθηκαν παραπάνω.

Η πολικότητα της σύνδεσης με την παροχή DC πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στους υπολογισμούς. Όταν αλλάξουν οι ακροδέκτες, θα αλλάξει και το EMF, επιταχύνοντας ή επιβραδύνοντας την κίνηση των φορτίων.

Σειριακή και παράλληλη σύνδεση στοιχείων

Για στοιχεία ενός ηλεκτρικού κυκλώματος (τμήμα κυκλώματος), χαρακτηριστική ροπή είναι μια σειριακή ή παράλληλη σύνδεση.

Αντίστοιχα, κάθε τύπος σύνδεσης συνοδεύεται από διαφορετική φύση της ροής ρεύματος και της παροχής τάσης. Σε αυτό το πλαίσιο, ο νόμος του Ohm εφαρμόζεται επίσης με διαφορετικούς τρόπους, ανάλογα με την επιλογή συμπερίληψης στοιχείων.

Μια αλυσίδα από ωμικά στοιχεία που συνδέονται σε σειρά

Όσον αφορά τη σύνδεση σε σειρά (τμήμα κυκλώματος με δύο εξαρτήματα), χρησιμοποιείται η διατύπωση:

• εγώ = εγώ₁ = εγώ₂ ;
• U = U₁ + U₂ ;
• R=R₁ + R₂

Αυτή η διατύπωση δείχνει ξεκάθαρα ότι, ανεξάρτητα από τον αριθμό των εξαρτημάτων αντίστασης που συνδέονται σε σειρά, το ρεύμα που ρέει σε ένα τμήμα του κυκλώματος δεν αλλάζει τιμή.

Σύνδεση ωμικών στοιχείων σε τμήμα κυκλώματος σε σειρά μεταξύ τους. Αυτή η επιλογή έχει το δικό της νόμο υπολογισμού. Στο διάγραμμα: I, I1, I2 - ροή ρεύματος. R1, R2 - στοιχεία αντίστασης. U, U1, U2 - εφαρμοζόμενη τάση

Η ποσότητα της τάσης που εφαρμόζεται στα ενεργά ωμικά εξαρτήματα του κυκλώματος είναι το άθροισμα και αθροίζεται στην τιμή της πηγής EMF.

Σε αυτήν την περίπτωση, η τάση σε κάθε μεμονωμένο στοιχείο είναι: Ux = I * Rx.

Η συνολική αντίσταση πρέπει να θεωρείται ως το άθροισμα των τιμών όλων των εξαρτημάτων αντίστασης του κυκλώματος.

Μια αλυσίδα από παράλληλα συνδεδεμένα ωμικά στοιχεία

Στην περίπτωση που υπάρχει παράλληλη σύνδεση εξαρτημάτων αντίστασης, η διατύπωση θεωρείται δίκαιη σε σχέση με το νόμο του Γερμανού φυσικού Ohm:

• εγώ = εγώ₁ + Ι₂ … ;
• U = U₁ = U₂ … ;
• 1/R = 1/R₁ + 1 / R₂ + …

Οι επιλογές για τη μεταγλώττιση τμημάτων κυκλώματος «μικτού» τύπου δεν αποκλείονται όταν χρησιμοποιούνται παράλληλες και σειριακές συνδέσεις.

Η σύνδεση των ωμικών στοιχείων σε ένα τμήμα κυκλώματος παράλληλα μεταξύ τους. Για αυτήν την επιλογή, εφαρμόζεται ο δικός της νόμος υπολογισμού. Στο διάγραμμα: I, I1, I2 - ροή ρεύματος. R1, R2 - στοιχεία αντίστασης. U - εφαρμοζόμενη τάση. A, B - σημεία εισόδου / εξόδου

Για τέτοιες επιλογές, ο υπολογισμός συνήθως πραγματοποιείται με τον αρχικό υπολογισμό της ονομαστικής αντίστασης της παράλληλης σύνδεσης. Στη συνέχεια, η τιμή της αντίστασης που συνδέεται σε σειρά προστίθεται στο αποτέλεσμα.

Ολοκληρωμένες και διαφορικές μορφές του νόμου

Όλα τα παραπάνω σημεία με υπολογισμούς ισχύουν σε συνθήκες όπου αγωγοί μιας "ομοιογενούς" δομής, ας πούμε, χρησιμοποιούνται ως μέρος ηλεκτρικών κυκλωμάτων.

Εν τω μεταξύ, στην πράξη, συχνά πρέπει να ασχοληθεί κανείς με την κατασκευή ενός σχηματικού, όπου η δομή των αγωγών αλλάζει σε διαφορετικές περιοχές. Για παράδειγμα, χρησιμοποιούνται σύρματα μεγαλύτερης διατομής ή, αντίθετα, μικρότερα κατασκευασμένα με βάση διαφορετικά υλικά.

Για να ληφθούν υπόψη τέτοιες διαφορές, υπάρχει μια παραλλαγή του λεγόμενου «διαφορικού-ολοκληρωτικού νόμου του Ohm». Για έναν απείρως μικρό αγωγό, το επίπεδο πυκνότητας ρεύματος υπολογίζεται ανάλογα με την ένταση και την τιμή αγωγιμότητας.

Στον διαφορικό υπολογισμό, λαμβάνεται ο τύπος: J = ό * E

Για τον ολοκληρωτικό υπολογισμό, αντίστοιχα, η διατύπωση: I * R = φ1 - φ2 + έ

Ωστόσο, αυτά τα παραδείγματα είναι μάλλον πιο κοντά στη σχολή των ανώτερων μαθηματικών και δεν χρησιμοποιούνται στην πραγματική πρακτική ενός απλού ηλεκτρολόγου.

Κατανόηση ρεύματος και αντίστασης

Ας ξεκινήσουμε με την έννοια του ηλεκτρικού ρεύματος. Με λίγα λόγια, το ηλεκτρικό ρεύμα σε σχέση με τα μέταλλα είναι η κατευθυνόμενη κίνηση των ηλεκτρονίων - αρνητικά φορτισμένα σωματίδια. Συνήθως αντιπροσωπεύονται ως μικροί κύκλοι.Σε ήρεμη κατάσταση, κινούνται τυχαία, αλλάζοντας συνεχώς κατεύθυνση. Κάτω από ορισμένες συνθήκες - την εμφάνιση μιας διαφοράς δυναμικού - αυτά τα σωματίδια ξεκινούν μια συγκεκριμένη κίνηση προς κάποια κατεύθυνση. Αυτή η κίνηση είναι το ηλεκτρικό ρεύμα.

Για να γίνει πιο σαφές, μπορούμε να συγκρίνουμε τα ηλεκτρόνια με το νερό που έχει χυθεί σε κάποιο επίπεδο. Όσο το αεροπλάνο είναι ακίνητο, το νερό δεν κινείται. Όμως, μόλις εμφανίστηκε μια κλίση (προέκυψε διαφορά δυναμικού), το νερό άρχισε να κινείται. Το ίδιο συμβαίνει και με τα ηλεκτρόνια.

Έτσι μπορεί να φανταστεί κανείς ένα ηλεκτρικό ρεύμα

Τώρα πρέπει να καταλάβουμε τι είναι η αντίσταση και γιατί έχουν ανάδραση με την ισχύ του ρεύματος: όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση, τόσο χαμηλότερο είναι το ρεύμα. Όπως γνωρίζετε, τα ηλεκτρόνια κινούνται μέσω ενός αγωγού. Συνήθως πρόκειται για μεταλλικά σύρματα, αφού τα μέταλλα έχουν καλή ικανότητα να αγωγούν ηλεκτρισμό. Γνωρίζουμε ότι το μέταλλο έχει ένα πυκνό κρυσταλλικό πλέγμα: πολλά σωματίδια που είναι κοντά και αλληλένδετα. Τα ηλεκτρόνια, που ανοίγουν το δρόμο τους μεταξύ ατόμων μετάλλου, συγκρούονται μαζί τους, γεγονός που καθιστά δύσκολη την κίνησή τους. Αυτό βοηθά στην απεικόνιση της αντίστασης που ασκεί ένας αγωγός. Τώρα γίνεται σαφές γιατί όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση, τόσο χαμηλότερη είναι η ισχύς του ρεύματος - όσο περισσότερα σωματίδια, τόσο πιο δύσκολο είναι για τα ηλεκτρόνια να ξεπεράσουν τη διαδρομή, το κάνουν πιο αργά. Αυτό φαίνεται να έχει διευθετηθεί.

Εάν επιθυμείτε να δοκιμάσετε αυτή την εξάρτηση εμπειρικά, βρείτε μια μεταβλητή αντίσταση, συνδέστε σε σειρά μια αντίσταση - ένα αμπερόμετρο - μια πηγή ρεύματος (μπαταρία). Είναι επίσης επιθυμητό να εισαγάγετε έναν διακόπτη στο κύκλωμα - έναν συνηθισμένο διακόπτη εναλλαγής.

Κύκλωμα για τη δοκιμή της εξάρτησης του ρεύματος από την αντίσταση

Περιστρέφοντας το κουμπί της αντίστασης αλλάζει η αντίσταση.Ταυτόχρονα, αλλάζουν και οι ενδείξεις στο αμπερόμετρο, το οποίο μετρά την ένταση του ρεύματος. Επιπλέον, όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση, τόσο λιγότερο αποκλίνει το βέλος - τόσο λιγότερο ρεύμα. Όσο χαμηλότερη είναι η αντίσταση, τόσο περισσότερο αποκλίνει το βέλος - το ρεύμα είναι μεγαλύτερο.

Η εξάρτηση του ρεύματος από την αντίσταση είναι σχεδόν γραμμική, δηλαδή αντανακλάται στο γράφημα ως σχεδόν ευθεία γραμμή. Γιατί σχεδόν - αυτό πρέπει να συζητηθεί ξεχωριστά, αλλά αυτό είναι μια άλλη ιστορία.

Ο νόμος του Ohm για το εναλλασσόμενο ρεύμα

Κατά τον υπολογισμό των κυκλωμάτων AC, αντί της έννοιας της αντίστασης, εισάγεται η έννοια της "σύνθετης αντίστασης". Η σύνθετη αντίσταση συμβολίζεται με το γράμμα Z, περιλαμβάνει την ενεργή αντίσταση του φορτίου R_ένα και αντίδραση Χ (ή R_r). Αυτό οφείλεται στο σχήμα του ημιτονοειδούς ρεύματος (και των ρευμάτων οποιασδήποτε άλλης μορφής) και στις παραμέτρους των επαγωγικών στοιχείων, καθώς και στους νόμους μεταγωγής:

1. Το ρεύμα σε ένα επαγωγικό κύκλωμα δεν μπορεί να αλλάξει αμέσως.
2. Η τάση σε ένα κύκλωμα με χωρητικότητα δεν μπορεί να αλλάξει αμέσως.

Έτσι, το ρεύμα αρχίζει να καθυστερεί ή να οδηγεί την τάση και η φαινομενική ισχύς χωρίζεται σε ενεργό και άεργο.

U=I/Z

Χ_μεγάλο και Χ_ντο είναι τα αντιδραστικά συστατικά του φορτίου.

Από αυτή την άποψη, εισάγεται η τιμή cosΦ:

Εδώ - Q - άεργη ισχύς λόγω εναλλασσόμενου ρεύματος και επαγωγικών-χωρητικών εξαρτημάτων, P - ενεργή ισχύς (διασκορπισμένη σε ενεργά εξαρτήματα), S - φαινόμενη ισχύς, cosФ - συντελεστής ισχύος.

Ίσως έχετε παρατηρήσει ότι ο τύπος και η αναπαράστασή του τέμνονται με το Πυθαγόρειο θεώρημα. Αυτό ισχύει και η γωνία Ф εξαρτάται από το πόσο μεγάλη είναι η δραστική συνιστώσα του φορτίου - όσο μεγαλύτερη είναι, τόσο μεγαλύτερη είναι. Στην πράξη, αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι το ρεύμα που πραγματικά ρέει στο δίκτυο είναι μεγαλύτερο από αυτό που λαμβάνεται υπόψη από έναν οικιακό μετρητή, ενώ οι επιχειρήσεις πληρώνουν για πλήρη ισχύ.

Σε αυτή την περίπτωση, η αντίσταση παρουσιάζεται σε σύνθετη μορφή:

Εδώ το j είναι μια φανταστική μονάδα, η οποία είναι χαρακτηριστική για τη μιγαδική μορφή των εξισώσεων. Λιγότερο συχνά αναφέρεται ως i, αλλά στην ηλεκτρική μηχανική, η πραγματική τιμή του εναλλασσόμενου ρεύματος υποδηλώνεται επίσης, επομένως, για να μην συγχέεται, είναι καλύτερο να χρησιμοποιήσετε το j.

Η φανταστική μονάδα είναι √-1. Είναι λογικό να μην υπάρχει τέτοιος αριθμός κατά τον τετραγωνισμό, κάτι που μπορεί να οδηγήσει σε αρνητικό αποτέλεσμα "-1".

Όταν εμφανίζεται ο νόμος του Ohm

Η δημιουργία ιδανικών συνθηκών δεν είναι εύκολη. Ακόμη και σε καθαρούς αγωγούς, η ηλεκτρική αντίσταση ποικίλλει ανάλογα με τη θερμοκρασία. Η μείωσή του ελαχιστοποιεί τη δραστηριότητα των μορίων του κρυσταλλικού πλέγματος, γεγονός που απλοποιεί την κίνηση των ελεύθερων φορτίων. Σε ένα ορισμένο επίπεδο «παγώματος» εμφανίζεται η επίδραση της υπεραγωγιμότητας. Το αντίθετο αποτέλεσμα (επιδείνωση της αγωγιμότητας) παρατηρείται όταν θερμαίνεται.

Ταυτόχρονα, οι ηλεκτρολύτες, τα μέταλλα και ορισμένοι τύποι κεραμικών διατηρούν την ηλεκτρική αντίσταση ανεξάρτητα από την πυκνότητα ρεύματος. Η σταθερότητα των παραμέτρων διατηρώντας ένα συγκεκριμένο καθεστώς θερμοκρασίας καθιστά δυνατή την εφαρμογή των τύπων του νόμου του Ohm χωρίς πρόσθετες διορθώσεις.

Τα υλικά ημιαγωγών και τα αέρια χαρακτηρίζονται από ποικίλη ηλεκτρική αντίσταση. Αυτή η παράμετρος επηρεάζεται σημαντικά από την ένταση ρεύματος στον όγκο ελέγχου. Για τον υπολογισμό των χαρακτηριστικών απόδοσης, πρέπει να εφαρμοστούν εξειδικευμένες μέθοδοι υπολογισμού.

Εάν ληφθεί υπόψη το εναλλασσόμενο ρεύμα, η μέθοδος υπολογισμού διορθώνεται. Σε αυτή την περίπτωση, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη η παρουσία αντιδραστικών συστατικών. Με την ωμική φύση της αντίστασης, είναι δυνατή η εφαρμογή των εξεταζόμενων τεχνολογιών υπολογισμού με βάση τους τύπους του νόμου του Ohm.

Οι νόμοι του Kirchhoff.

Διανομή
ρεύματα στους κλάδους του ηλεκτρικού κυκλώματος
υπακούει στον πρώτο νόμο του Kirchhoff,
και την κατανομή των τάσεων σε διατομές
Η αλυσίδα υπακούει στον δεύτερο νόμο του Kirchhoff.

Οι νόμοι του Kirchhoff
μαζί με τον νόμο του Ohm είναι τα κύρια
στη θεωρία των ηλεκτρικών κυκλωμάτων.

Ο πρώτος
Ο νόμος του Kirchhoff:

Αλγεβρικός
το άθροισμα των ρευμάτων στον κόμβο είναι μηδέν:

_Εγώ
= 0 (19)

Οπου
Εγώ
είναι ο αριθμός των διακλαδώσεων που συγκλίνουν σε έναν δεδομένο κόμβο.

Δηλαδή άθροιση
εκτείνεται στα ρεύματα στα κλαδιά,
που συγκλίνουν στο εξεταζόμενο
κόμβος.

Εικ.17. Απεικόνιση
στον πρώτο νόμο του Kirchhoff.

Αριθμός
εξισώσεις που συντάσσονται σύμφωνα με την πρώτη
Ο νόμος του Kirchhoff καθορίζεται από τον τύπο:

Nup
= Αρ
– 1,

Οπου
Αρ
είναι ο αριθμός των κόμβων στην εξεταζόμενη αλυσίδα.

Σημάδια ρευμάτων μέσα
οι εξισώσεις λαμβάνονται λαμβάνοντας υπόψη τα επιλεγμένα
θετική κατεύθυνση. Πινακίδες στο
τα ρεύματα είναι ίδια αν τα ρεύματα είναι ίδια
προσανατολισμένο σε αυτό
κόμβος.

Για παράδειγμα,
για τον κόμβο που φαίνεται στο Σχ. 17:
εκχωρούμε σημάδια στα ρεύματα που ρέουν στον κόμβο
"+", και στα ρεύματα που ρέουν από τον κόμβο - σημάδια
«-».

Μετά η εξίσωση
σύμφωνα με τον πρώτο νόμο του Kirchhoff θα γραφτεί
Ετσι:

Εγώ₁
- ΕΓΩ₂
+ Ι₃
- ΕΓΩ₄
= 0.

εξισώσεις,
που συντάχθηκε σύμφωνα με τον πρώτο νόμο του Kirchhoff,
ονομάζονται κόμβοι.

Αυτό
ο νόμος εκφράζει το γεγονός ότι στον κόμβο
ηλεκτρικό φορτίο δεν συσσωρεύεται
και δεν καταναλώνεται. Η ποσότητα του ηλεκτρικού
οι χρεώσεις που έρχονται στον ιστότοπο είναι ίσες με το άθροισμα
χρεώσεις που αφήνουν τον κόμβο σε ένα και το αυτό
ίδιο χρονικό διάστημα.

Δεύτερος
Ο νόμος του Kirchhoff:

Αλγεβρικός
άθροισμα εμφ σε οποιοδήποτε κλειστό κύκλωμα
αλυσίδα ισούται με το αλγεβρικό άθροισμα των πτώσεων
τάση στα στοιχεία αυτού του κυκλώματος:

Ui
= 
Ei

IiRi=Ei(20)

Οπου
Εγώ
- αριθμός στοιχείου (αντίσταση ή
πηγή τάσης) στη θεωρούμενη
περίγραμμα.

**Αριθμός
εξισώσεις που συντάσσονται σύμφωνα με το δεύτερο
Ο νόμος του Kirchhoff καθορίζεται από τον τύπο:

Nup
= Σημ
- Αρ
+ 1 – Νεντ.σ.

Οπου
Σημ
- τον αριθμό των διακλαδώσεων του ηλεκτρικού κυκλώματος.

Αρ
— αριθμός κόμβων·

Ο Νεντ.σ.
είναι ο αριθμός των ιδανικών πηγών emf.

Εικ.18. Απεικόνιση
στον δεύτερο νόμο του Kirchhoff.

Για,
να γράψω σωστά τον δεύτερο νόμο
Kirchhoff για ένα δεδομένο περίγραμμα, ακολουθεί
συμμορφώνονται με τους ακόλουθους κανόνες:

1. αυθαιρετώς
   επιλέξτε την κατεύθυνση της παράκαμψης περιγράμματος,
   για παράδειγμα, δεξιόστροφα (Εικ. 18).

2. εμφ
   και πτώσεις τάσης που ταιριάζουν
   προς την κατεύθυνση με την επιλεγμένη κατεύθυνση
   παράκαμψη γράφονται σε μια έκφραση με
   σημάδι "+"? αν η ε.φ.σ. και πτώση τάσης
   δεν ταιριάζουν με την κατεύθυνση
   περίγραμμα, τότε προηγούνται ένα σημάδι
   «-».

Για παράδειγμα,
για το περίγραμμα του Σχ. 18, ο δεύτερος νόμος του Kirchhoff
θα γραφεί ως εξής:

U₁
– U₂
+ U₃
= Ε₁
-ΜΙ₃
-ΜΙ₄
(21)

Η εξίσωση (20) μπορεί να είναι
ξαναγράψτε ως:

 (Ui
– Ei)
= 0 (22)

Οπου
(U
– Ε)
- ένταση στο κλαδί.

Συνεπώς,
Ο δεύτερος νόμος του Kirchhoff μπορεί να διατυπωθεί
με τον εξής τρόπο:

Αλγεβρικός
το άθροισμα των τάσεων στους κλάδους σε οποιαδήποτε
Ο κλειστός βρόχος είναι μηδέν.

Δυνητικός
εξυπηρετεί το διάγραμμα που συζητήθηκε προηγουμένως
γραφική ερμηνεία του δεύτερου
ο νόμος του Kirchhoff.

Εργασία αριθμός 1.

ΣΤΟ
στο κύκλωμα στο Σχ. 1 δίνονται ρεύματα I₁
και εγώ₃,
αντίσταση και εμφ Προσδιορίστε τα ρεύματα
Εγώ₄,
Εγώ₅,
Εγώ₆
; τάση μεταξύ σημείων α
και β
αν εγώ₁
= 10 mA,
Εγώ₃
= -20 mA,
R₄
= 5 kOhm,
μι₅
= 20 Β,
R₅
= 3 kOhm,
μι₆
= 40 Β,
R₆
= 2 kOhm.

Εικ.1

Λύση:

1. Για ένα δεδομένο
   περίγραμμα, συνθέτουμε δύο εξισώσεις σύμφωνα με
   Ο πρώτος νόμος του Kirchhoff και ένας - σύμφωνα με
   δεύτερος. Διεύθυνση περιγράμματος
   υποδεικνύεται με ένα βέλος.

ΣΤΟ
ως αποτέλεσμα της λύσης παίρνουμε: I₆
= 0; Εγώ₄
= 10 mA;
Εγώ₅
= -10 mA

1. παρακαλώ
   κατεύθυνση τάσης μεταξύ σημείων
   ένα
   και β
   από το σημείο "α"
   στο σημείο "β"
   — U_αβ.
   Αυτή η τάση μπορεί να βρεθεί από την εξίσωση
   Ο δεύτερος νόμος του Kirchhoff:

Εγώ₄R₄
+ U_αβ
+ Ι₆R₆
= 0

U_αβ
= - 50 V.

Εργασία αριθμός 2.

Για
τα διαγράμματα στο Σχ. 2 συντάσσουν εξισώσεις σύμφωνα με
Οι νόμοι του Kirchhoff και καθορίζουν τα άγνωστα
σημεία.

Δεδομένος:
Εγώ₁
= 20 mA;
Εγώ₂
= 10 mA

R₁
= 5 kOhm,
R₃
= 4 kOhm,
R₄
= 6 kOhm,
R₅
= 2 kOhm,
R₆
= 4kΩ.

Εικ.2

Λύση:

Αριθμός κόμβων
εξισώσεις - 3, ο αριθμός των εξισώσεων περιγράμματος
– 1.

Θυμάμαι!
Κατά τη σύνταξη της εξίσωσης σύμφωνα με το δεύτερο
νόμος Kirchhoff, επιλέγουμε το περίγραμμα, μέσα
που δεν περιλαμβάνει τρέχουσες πηγές.
Η κατεύθυνση του περιγράμματος υποδεικνύεται στο σχήμα.

ΣΤΟ
αυτού του κυκλώματος, τα ρεύματα των κλάδων I₁
και εγώ₂.
Αγνωστος
ρεύματα
Εγώ₃,
Εγώ₄,
Εγώ₅,
Εγώ₆.

Αποφασίζοντας
σύστημα, παίρνουμε: I₃
= 13,75 mA;
Εγώ₄
= -3,75 mA;
Εγώ₅
= 6,25 mA;
Εγώ₆
= 16,25 mA.

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ

Το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει όταν ένα κλειστό κύκλωμα επιτρέπει στα ηλεκτρόνια να μετακινηθούν από ένα υψηλό δυναμικό σε ένα χαμηλότερο στο κύκλωμα. Με άλλα λόγια, το ρεύμα απαιτεί μια πηγή ηλεκτρονίων που έχει την ενέργεια για να τα βάλει σε κίνηση, καθώς και ένα σημείο επιστροφής αρνητικών φορτίων τους, το οποίο χαρακτηρίζεται από την έλλειψή τους. Ως φυσικό φαινόμενο, το ρεύμα σε ένα κύκλωμα χαρακτηρίζεται από τρία θεμελιώδη μεγέθη:

• Τάση;
• τρέχουσα ισχύς?
• η αντίσταση ενός αγωγού μέσω του οποίου κινούνται τα ηλεκτρόνια.

Δύναμη και ένταση

Η ισχύς ρεύματος (I, μετρημένη σε Amperes) είναι ο όγκος των ηλεκτρονίων (φορτίο) που κινούνται σε μια θέση στο κύκλωμα ανά μονάδα χρόνου. Με άλλα λόγια, η μέτρηση I είναι ο προσδιορισμός του αριθμού των ηλεκτρονίων σε κίνηση

Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ότι ο όρος αναφέρεται μόνο στην κίνηση: τα στατικά φορτία, για παράδειγμα, στους ακροδέκτες μιας μη συνδεδεμένης μπαταρίας, δεν έχουν μετρήσιμη τιμή I. Το ρεύμα που ρέει προς μία κατεύθυνση ονομάζεται άμεσο (DC) και Η περιοδική αλλαγή κατεύθυνσης ονομάζεται εναλλασσόμενη (AC). Η τάση μπορεί να απεικονιστεί από ένα φαινόμενο όπως η πίεση ή η διαφορά στη δυναμική ενέργεια των αντικειμένων υπό την επίδραση της βαρύτητας

Για να δημιουργήσετε αυτή την ανισορροπία, πρέπει πρώτα να ξοδέψετε ενέργεια, η οποία θα πραγματοποιηθεί σε κίνηση υπό κατάλληλες συνθήκες. Για παράδειγμα, κατά την πτώση ενός φορτίου από ύψος, εκτελούνται εργασίες για την ανύψωσή του, σε γαλβανικές μπαταρίες, η διαφορά δυναμικού στους ακροδέκτες σχηματίζεται λόγω της μετατροπής της χημικής ενέργειας, στις γεννήτριες - ως αποτέλεσμα της έκθεσης σε ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο

Το άγχος μπορεί να απεικονιστεί από ένα φαινόμενο όπως η πίεση ή ως η διαφορά στη δυναμική ενέργεια των αντικειμένων υπό την επίδραση της βαρύτητας. Για να δημιουργήσετε αυτή την ανισορροπία, πρέπει πρώτα να ξοδέψετε ενέργεια, η οποία θα πραγματοποιηθεί σε κίνηση υπό κατάλληλες συνθήκες. Για παράδειγμα, κατά την πτώση ενός φορτίου από ύψος, πραγματοποιείται το έργο της ανύψωσής του, στις γαλβανικές μπαταρίες η διαφορά δυναμικού στους ακροδέκτες σχηματίζεται λόγω της μετατροπής της χημικής ενέργειας, στις γεννήτριες - ως αποτέλεσμα της έκθεσης σε ηλεκτρομαγνητικό πεδίο.

Αντίσταση αγωγού

Ανεξάρτητα από το πόσο καλός είναι ένας συνηθισμένος αγωγός, δεν θα επιτρέψει ποτέ να περάσουν τα ηλεκτρόνια χωρίς κάποια αντίσταση στην κίνησή τους. Είναι δυνατόν να θεωρηθεί η αντίσταση ως ανάλογο της μηχανικής τριβής, αν και αυτή η σύγκριση δεν θα είναι τέλεια.Όταν το ρεύμα ρέει μέσω ενός αγωγού, κάποια διαφορά δυναμικού μετατρέπεται σε θερμότητα, επομένως θα υπάρχει πάντα πτώση τάσης στην αντίσταση. Οι ηλεκτρικές θερμάστρες, πιστολάκια μαλλιών και άλλες παρόμοιες συσκευές έχουν σχεδιαστεί αποκλειστικά για να διαχέουν ηλεκτρική ενέργεια με τη μορφή θερμότητας.

Η απλοποιημένη αντίσταση (που συμβολίζεται ως R) είναι ένα μέτρο του πόσο καθυστερεί η ροή των ηλεκτρονίων σε ένα κύκλωμα. Μετριέται σε ohms. Η αγωγιμότητα μιας αντίστασης ή άλλου στοιχείου καθορίζεται από δύο ιδιότητες:

• γεωμετρία;
• υλικό.

Το σχήμα είναι υψίστης σημασίας, όπως φαίνεται από την υδραυλική αναλογία: η ώθηση του νερού μέσω ενός μακρόστενου σωλήνα είναι πολύ πιο δύσκολη από την ώθηση του νερού μέσα από έναν κοντό και φαρδύ σωλήνα. Τα υλικά παίζουν καθοριστικό ρόλο. Για παράδειγμα, τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινούνται ελεύθερα σε ένα χάλκινο σύρμα, αλλά δεν μπορούν να ρέουν καθόλου μέσα από μονωτές όπως το καουτσούκ, ανεξάρτητα από το σχήμα τους. Εκτός από τη γεωμετρία και το υλικό, υπάρχουν και άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν την αγωγιμότητα.

Ερμηνεία του νόμου του Ohm

Για να εξασφαλίσετε την κίνηση των φορτίων, πρέπει να κλείσετε το κύκλωμα. Ελλείψει πρόσθετης ισχύος, το ρεύμα δεν μπορεί να υπάρξει για μεγάλο χρονικό διάστημα. Οι δυνατότητες θα γίνουν γρήγορα ίσες. Για να διατηρηθεί ο τρόπος λειτουργίας του κυκλώματος, χρειάζεται μια πρόσθετη πηγή (γεννήτρια, μπαταρία).

Το πλήρες κύκλωμα θα περιέχει τη συνολική ηλεκτρική αντίσταση όλων των εξαρτημάτων. Για ακριβείς υπολογισμούς, λαμβάνονται υπόψη οι απώλειες σε αγωγούς, στοιχεία αντίστασης και πηγή ισχύος.

Το πόση τάση χρειάζεται να εφαρμοστεί για μια συγκεκριμένη ισχύ ρεύματος υπολογίζεται από τον τύπο:

U=I*R.

Ομοίως, με τη βοήθεια των εξεταζόμενων σχέσεων προσδιορίζονται και άλλες παράμετροι του κυκλώματος.

Παράλληλη και σειριακή σύνδεση

Στα ηλεκτρικά, τα στοιχεία συνδέονται είτε σε σειρά - το ένα μετά το άλλο, είτε παράλληλα - αυτό συμβαίνει όταν πολλές είσοδοι συνδέονται σε ένα σημείο και οι έξοδοι από τα ίδια στοιχεία συνδέονται σε ένα άλλο.

Ο νόμος του Ohm για παράλληλη και σειριακή σύνδεση

σειριακή σύνδεση

Πώς λειτουργεί ο νόμος του Ohm για αυτές τις περιπτώσεις; Όταν συνδέονται σε σειρά, το ρεύμα που ρέει μέσω της αλυσίδας των στοιχείων θα είναι το ίδιο. Η τάση ενός τμήματος ενός κυκλώματος με στοιχεία συνδεδεμένα σε σειρά υπολογίζεται ως το άθροισμα των τάσεων σε κάθε τμήμα. Πώς μπορεί να εξηγηθεί αυτό; Η ροή του ρεύματος μέσω ενός στοιχείου είναι η μεταφορά μέρους του φορτίου από το ένα μέρος του σε ένα άλλο. Θέλω να πω, είναι κάποια δουλειά. Το μέγεθος αυτής της δουλειάς είναι η ένταση. Αυτή είναι η φυσική έννοια του στρες. Αν αυτό είναι ξεκάθαρο, προχωράμε.

Σειριακή σύνδεση και παράμετροι αυτού του τμήματος του κυκλώματος

Κατά τη σύνδεση σε σειρά, είναι απαραίτητο να μεταφέρετε τη φόρτιση με τη σειρά μέσω κάθε στοιχείου. Και σε κάθε στοιχείο, αυτός είναι ένας ορισμένος "όγκος" εργασίας. Και για να βρείτε την ποσότητα εργασίας σε ολόκληρο το τμήμα της αλυσίδας, πρέπει να προσθέσετε την εργασία σε κάθε στοιχείο. Αποδεικνύεται λοιπόν ότι η συνολική τάση είναι το άθροισμα των τάσεων σε καθένα από τα στοιχεία.

Με τον ίδιο τρόπο - με τη βοήθεια πρόσθεσης - βρίσκεται και η συνολική αντίσταση του τμήματος του κυκλώματος. Πώς μπορείτε να το φανταστείτε; Το ρεύμα που διαρρέει την αλυσίδα των στοιχείων ξεπερνά διαδοχικά όλες τις αντιστάσεις. Ενα ένα. Δηλαδή, για να βρει την αντίσταση που ξεπέρασε, είναι απαραίτητο να αθροιστούν οι αντιστάσεις. Λίγο πολύ σαν αυτό. Η μαθηματική εξαγωγή είναι πιο περίπλοκη και είναι ευκολότερο να κατανοήσουμε τον μηχανισμό αυτού του νόμου.

Παράλληλη σύνδεση

Μια παράλληλη σύνδεση είναι όταν οι αρχές των αγωγών / στοιχείων συγκλίνουν σε ένα σημείο και σε άλλο τα άκρα τους συνδέονται. Θα προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε τους νόμους που ισχύουν για ενώσεις αυτού του τύπου. Ας ξεκινήσουμε με το ρεύμα. Ένα ρεύμα κάποιου μεγέθους παρέχεται στο σημείο σύνδεσης των στοιχείων. Διαχωρίζεται, ρέοντας μέσα από όλους τους αγωγούς. Από αυτό συμπεραίνουμε ότι το συνολικό ρεύμα στην τομή είναι ίσο με το άθροισμα του ρεύματος σε καθένα από τα στοιχεία: I = I1 + I2 + I3.

Τώρα για την τάση. Εάν η τάση είναι εργασία για τη μετακίνηση ενός φορτίου, τότε η εργασία που απαιτείται για τη μετακίνηση ενός φορτίου θα είναι η ίδια σε οποιοδήποτε στοιχείο. Δηλαδή, η τάση σε κάθε παράλληλο συνδεδεμένο στοιχείο θα είναι η ίδια. U=U1=U2=U3. Όχι τόσο διασκεδαστικό και οπτικό όσο στην περίπτωση της εξήγησης του νόμου του Ohm για ένα τμήμα αλυσίδας, αλλά μπορείτε να καταλάβετε.

Νόμοι για παράλληλη σύνδεση

Για την αντίσταση, τα πράγματα είναι λίγο πιο περίπλοκα. Ας εισαγάγουμε την έννοια της αγωγιμότητας. Αυτό είναι ένα χαρακτηριστικό που δείχνει πόσο εύκολο ή δύσκολο είναι να περάσει ένα φορτίο από αυτόν τον αγωγό. Είναι σαφές ότι όσο χαμηλότερη είναι η αντίσταση, τόσο πιο εύκολο θα είναι να περάσει το ρεύμα. Επομένως, η αγωγιμότητα - G - υπολογίζεται ως το αντίστροφο αντίστασης. Στον τύπο, μοιάζει με αυτό: G = 1/R.

Γιατί μιλάμε για αγωγιμότητα; Επειδή η συνολική αγωγιμότητα μιας τομής με παράλληλη σύνδεση στοιχείων είναι ίση με το άθροισμα της αγωγιμότητας για κάθε ένα από τα τμήματα. G = G1 + G2 + G3 - εύκολο να κατανοηθεί. Το πόσο εύκολα το ρεύμα θα ξεπεράσει αυτόν τον κόμβο των παράλληλων στοιχείων εξαρτάται από την αγωγιμότητα καθενός από τα στοιχεία. Έτσι αποδεικνύεται ότι πρέπει να διπλωθούν.

Τώρα μπορούμε να προχωρήσουμε στην αντίσταση. Δεδομένου ότι η αγωγιμότητα είναι το αντίστροφο της αντίστασης, μπορούμε να πάρουμε τον ακόλουθο τύπο: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3.

Τι μας δίνει μια παράλληλη και σειριακή σύνδεση;

Οι θεωρητικές γνώσεις είναι καλές, αλλά πώς να τις εφαρμόσουμε στην πράξη; Στοιχεία οποιουδήποτε τύπου μπορούν να συνδεθούν παράλληλα και σε σειρά. Αλλά εξετάσαμε μόνο τους απλούστερους τύπους που περιγράφουν γραμμικά στοιχεία. Τα γραμμικά στοιχεία είναι αντιστάσεις, οι οποίες ονομάζονται και «αντιστάσεις». Ορίστε λοιπόν πώς μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτά που έχετε μάθει:

Εάν δεν υπάρχει διαθέσιμη αντίσταση μεγάλης αξίας, αλλά υπάρχουν αρκετές μικρότερες, η επιθυμητή αντίσταση μπορεί να επιτευχθεί συνδέοντας πολλές αντιστάσεις σε σειρά. Όπως μπορείτε να δείτε, αυτό είναι ένα χρήσιμο κόλπο.
Για να παραταθεί η διάρκεια ζωής των μπαταριών, μπορούν να συνδεθούν παράλληλα. Σε αυτή την περίπτωση, η τάση, σύμφωνα με το νόμο του Ohm, θα παραμείνει ίδια (μπορείτε να βεβαιωθείτε μετρώντας την τάση με ένα πολύμετρο). Και η «διάρκεια ζωής» μιας διπλής μπαταρίας θα είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή δύο στοιχείων που θα αντικαταστήσουν το ένα το άλλο

Απλώς σημειώστε: μόνο τροφοδοτικά με το ίδιο δυναμικό μπορούν να συνδεθούν παράλληλα. Δηλαδή δεν μπορεί να συνδεθεί μια νεκρή και μια νέα μπαταρία.

Εάν εξακολουθείτε να συνδέετε, η μπαταρία που έχει μεγαλύτερη φόρτιση θα τείνει να φορτίζει μια λιγότερο φορτισμένη. Ως αποτέλεσμα, η συνολική τους χρέωση θα πέσει σε χαμηλή τιμή.

Γενικά, αυτές είναι οι πιο κοινές χρήσεις για αυτές τις ενώσεις.

Ιδανική πηγή EMF

Η ηλεκτροκινητική δύναμη (Ε) είναι ένα φυσικό μέγεθος που καθορίζει τον βαθμό επιρροής των εξωτερικών δυνάμεων στην κίνηση σε ένα κλειστό κύκλωμα φορέων φορτίου. Με άλλα λόγια, το πόσο έντονα τείνει το ρεύμα να διαρρέει τον αγωγό θα εξαρτηθεί από το EMF.

Όταν εξηγούν τέτοια ακατανόητα φαινόμενα, οι δάσκαλοι των οικιακών σχολείων θέλουν να στραφούν στη μέθοδο των υδραυλικών αναλογιών.Εάν ένας αγωγός είναι ένας σωλήνας και το ηλεκτρικό ρεύμα είναι η ποσότητα νερού που ρέει μέσα από αυτόν, τότε το EMF είναι η πίεση που αναπτύσσει μια αντλία για την άντληση ρευστού.

Ο όρος ηλεκτροκινητική δύναμη σχετίζεται με μια τέτοια έννοια όπως η τάση. Αυτή, το EMF, μετριέται επίσης σε βολτ (μονάδα - "V"). Κάθε πηγή ενέργειας, είτε είναι μπαταρία, γεννήτρια ή ηλιακό πάνελ, έχει τη δική της ηλεκτροκινητική δύναμη. Συχνά αυτό το EMF είναι κοντά στην τάση εξόδου (U), αλλά πάντα ελαφρώς μικρότερη από αυτήν. Αυτό προκαλείται από την εσωτερική αντίσταση της πηγής, στην οποία μέρος της τάσης πέφτει αναπόφευκτα.

Για το λόγο αυτό, η ιδανική πηγή EMF είναι μάλλον μια αφηρημένη έννοια ή ένα φυσικό μοντέλο που δεν έχει θέση στον πραγματικό κόσμο, επειδή η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας Rin, αν και πολύ χαμηλή, εξακολουθεί να είναι διαφορετική από το απόλυτο μηδέν.

Ιδανική και πραγματική πηγή emf

Σε διαφορική μορφή

Ο τύπος παρουσιάζεται πολύ συχνά σε διαφορική μορφή, αφού ο αγωγός είναι συνήθως ανομοιογενής και θα χρειαστεί να τον σπάσουμε στα μικρότερα δυνατά τμήματα. Το ρεύμα που διέρχεται από αυτό σχετίζεται με το μέγεθος και την κατεύθυνση, επομένως θεωρείται βαθμωτό μέγεθος. Κάθε φορά που πρέπει να βρεθεί το προκύπτον ρεύμα μέσω ενός σύρματος, λαμβάνεται το αλγεβρικό άθροισμα όλων των επιμέρους ρευμάτων. Δεδομένου ότι αυτός ο κανόνας ισχύει μόνο για βαθμωτές ποσότητες, το ρεύμα λαμβάνεται επίσης ως βαθμωτό μέγεθος. Είναι γνωστό ότι το ρεύμα dI = jdS διέρχεται από το τμήμα. Η τάση σε αυτό είναι Edl, τότε για ένα καλώδιο με σταθερή διατομή και ίσο μήκος, η αναλογία θα είναι αληθής:

Διαφορική μορφή

Επομένως, η έκφραση του ρεύματος σε διανυσματική μορφή θα είναι: j = E.

Σπουδαίος! Στην περίπτωση των μεταλλικών αγωγών, η αγωγιμότητα μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, ενώ για τους ημιαγωγούς αυξάνεται. Ο νόμος του Omov δεν καταδεικνύει αυστηρή αναλογικότητα

Η αντίσταση μιας μεγάλης ομάδας μετάλλων και κραμάτων εξαφανίζεται σε θερμοκρασία κοντά στο απόλυτο μηδέν και η διαδικασία ονομάζεται υπεραγωγιμότητα.