Законът на Ом за цялата верига: история и формули.

Какъв е законът на Ом за пълна верига? Това е формула, в която ясно се вижда връзката на основните параметри на електрическата верига: ток, напрежение и съпротивление. За да разберем същността на закона, нека първо разгледаме някои понятия.

Какво се нарича електрическа верига?

Електрическата верига е начинът, по който протича електрическата верига заряди (електрически) елементи, проводници и други устройства). Разбира се, неговото начало се счита за източник на енергия. Под въздействието на електромагнитно поле, фотонни явления или химически процеси, електрическите заряди са склонни да преминат към противоположния извод на този източник на енергия.

Какво е електрически ток?

Насоченото движение на заредени частици, когато е изложено на електрическо поле или други външни сили, се нарича електрически ток. Неговата посока се определя от насочеността на протоните (положителни заряди). Токът ще бъде постоянен, ако с течение на времето не се е променило нито силата, нито посоката.

История на закона на Ом

Когато провежда експерименти с диригента, физикът Джордж Ом успява да установи, че токът е пропорционален на напрежението, приложено към неговите краища:

I / sim U или I = G / U,

където G е електрическата проводимост, а стойността R = 1 / G е електрическото съпротивление на проводника. Това откритие е установено от известния немски физик през 1827 година.

Законите на Ом

За пълна верига дефиницията ще бъде следната: токът в електрическата верига е равен на съотношението на електродвижещата сила (по-нататък ЕМП) на източника към сумата на съпротивленията:

I = E / (R + r)

където R е съпротивлението на външната верига, а r е вътрешното съпротивление източник на ток. Много често формулирането на закона създава трудности, тъй като не всеки е запознат с концепцията за ЕМП, разликата от напрежението не всеки знае какво означава и откъде идва вътрешното съпротивление. За това и се нуждаем от изясняване, защото законът на Ом за пълна верига има дълбок смисъл.

Формулировката на закона за секцията на веригата може да се нарече прозрачна. Въпросът е, че за неговото разбиране не са необходими допълнителни обяснения: токът във веригата е правопропорционален на напрежението и обратно пропорционален на съпротивлението:

I = U / R.

значение

Законът на Ом за пълна верига е здраво свързан със закона за запазване на енергията. Да приемем, че източникът на ток няма вътрешно съпротивление. Какво тогава трябва да се случи? Оказва се, че ако нямаше съпротивление, тогава по-голям ток би бил даден на външната верига, съответно, и мощността ще бъде по-голяма.

Сега е време да се справим с концепцията за електромоторна сила. Тази стойност представлява разликата между електрическите потенциали на изходните терминали, но само без натоварване. Например, нека вземем налягането на водата в повдигнат резервоар. Нивото на водата ще бъде на място, докато се консумира. Когато отворите клапана, нивото на течността ще намалее, тъй като няма смяна. Влизайки в тръбата, водата изпитва съпротивление, същото се случва и с електрическите заряди в проводника.

При липса на товари, терминалите са в отворено състояние. Оказва се, че ЕМП и напрежението съвпадат по величина. Ако например включим електрическата крушка, веригата се затваря и електромоторната сила ще създаде напрежение в нея, като прави полезна работа. Част от енергията, дължаща се на вътрешно съпротивление, ще се разсее (това се нарича загуба).

В този случай, ако съпротивлението на потребителя е по-малко от вътрешното, тогава се разпределя голяма мощност на токовия източник. И тогава има спад в ЕМП във външната верига, а върху вътрешното съпротивление се губи значителна част от енергията. Същността на законите на консервацията е, че природата не може да отнеме повече, отколкото да даде.

Добре позната е същността на вътрешната съпротива срещу жителите на „Хрушчов”, които имат климатични инсталации в апартаментите, а старата инсталация не е заменена. Електромерът се върти с главоломна скорост, загрява накрайника и стената, където минават стари алуминиеви проводници, в резултат на което климатикът почти не охлажда въздуха в помещението.

Природа r

"Пълният ом" (както се използва за наричане на електротехници) е слабо разбран, тъй като вътрешното съпротивление на източника като правило не е електрическо. Нека да разгледаме това на примера на солна батерия. Известно е, че електрическата батерия се състои от няколко елемента, но ще разгледаме само една. Така че, имаме готови батерии "Krone", състоящи се от 7 последователно свързани елементи.

Как се случва текущото поколение? В съд с електролит се поставя въглероден прът в манганова обвивка, състояща се от положителни електроди или аноди. По-специално, в този пример въглеродният прът действа като токов колектор. Металът на цинка съставлява отрицателните електроди (катоди). При закупуване на батерии, като правило, гел електролит. Течността се използва много рядко. Цинкова чаша с електролит и аноди действа като отрицателен електрод.

Оказва се, че тайната на батерията се крие във факта, че електрическият потенциал на мангана не е толкова висок, колкото този на цинка. Следователно, електроните са привлечени от катода и той от своя страна изтласква положително заредените цинкови йони към анода. В резултат на това катодът постепенно се консумира. Може би всеки знае, че ако мъртвата батерия не се смени своевременно, тя може да изтече. Каква е причината? Всичко е много просто: електролитът ще започне да тече през изключената чаша.

Когато зарядите се движат върху въглероден прът, положителните заряди се натрупват в мангановата обвивка, докато отрицателните заряди се събират върху цинка. Затова те се наричат ​​анод и катод, но вътре в батериите изглеждат различни. Разликата между таксите и ще създаде електромоторна сила източник на енергия. Зареждането ще спре да се движи в електролита, когато разликата в потенциала на електродния материал е равна на стойността на ЕМП и силите на привличане са равни на отблъскващите сили.

Сега нека затворим веригата: достатъчно е да свържете крушка към батерията. Преминавайки през изкуствен светлинен източник, таксите ще се връщат всеки на своето място ("начало"), а крушката ще светне. Вътре в батерията, движението на електрони и йони ще започне отново, тъй като зарядите излязоха навън, а привличащата или отблъскваща сила се появи отново.

Всъщност батерията произвежда ток, поради което електрическата крушка свети, това се дължи на консумацията на цинк, който се превръща в този процес в други химически съединения. За извличане на чист цинк, според закон за запазване на енергия трябва да го похарчите, но не в електрическа форма (точно толкова, колкото е била дадена крушката).

Сега, накрая, можем да се справим с природата на вътрешното съпротивление на източника. При батерията това е пречка за движението на големи йони. Движението на електрони без йони е невъзможно, защото няма сила на привличане.

В промишлените генератори r се появява не само поради електрическото съпротивление на намотките, но и поради външни причини. Така например, в хидроелектрическите централи, величината на величината зависи от ефективността на турбината, съпротивлението на водния поток в тръбопровода, както и от загубите в механичната трансмисия. Освен това, някои влияят върху температурата на водата и как тя се замърсява.

Променлив ток

Вече разгледахме закона на Ом за цялата верига за постоянен ток. Как се променя формулата с променлив ток? Преди да разберем това, нека да опишем самото понятие. Променливият ток е движението на електрически заредени частици, чиято посока и стойност се променят с времето. За разлика от константата, тя е съпроводена от допълнителни фактори, генериращи нов вид съпротива (реактивен). Характеризира се с кондензатори и индуктори.

Законът на Ом за пълна верига за AC има формата:

I = U / Z

където Z е импедансът, състоящ се от активен и реактивен.

Не е толкова зле

Законът на Ом за пълна верига, освен че посочва загуба на енергия, също предлага начини за тяхното отстраняване. Конвенционалните електротехници рядко използват формулата за намиране на комплексното съпротивление при наличие на капацитет или индуктивност във веригата. В повечето случаи токът се измерва от акари или специален тестер. А когато е известно напрежение, лесно може да се изчисли съпротивлението на комплекса (ако е наистина необходимо).