Закон на Ом на разбираем език

За електротехника и инженера по електроника един от основните закони е Законът на Ом. Всеки ден работата създава нови предизвикателства пред специалиста и често е необходимо да изберете заместител на изгорял резистор или група елементи. Електротехникът често трябва да сменя кабели, за да избере правилния, е необходимо да "оцени" тока в натоварването, така че трябва да използвате най-простите физически закони и взаимоотношения в ежедневието. Стойността на закона на Ом в електротехниката е огромна, между другото, повечето дипломни работи по специалности по електротехника се изчисляват на 70-90% по една формула.

Исторически произход

Годината на откриването е Законът на Ом - 1826 г. от немския учен Георг Ом. Той емпирично определи и описа закона за съотношението на силата на тока, напрежението и вида на проводника. По-късно се оказа, че третият компонент не е нищо друго освен съпротива. Впоследствие този закон е наречен в чест на откривателя, но законът не спира дотук, той е кръстен на името и физическите си размери, като почит към неговата работа.

Стойността, в която се измерва съпротивлението, е кръстена на Георг Ом. Например, резисторите имат две основни характеристики: мощност във ватове и съпротивление - мерна единица в ома, кило-оми, мегаоми и др.

Закон на Ом за верижна секция

Законът на Ом за част от верига може да се използва за описание на електрическа верига, която не съдържа EMF. Това е най-простата форма на запис. Изглежда така:

I = U / R

Където I е токът, измерен в ампери, U е напрежението във волта, R е съпротивлението в Ом.

Тази формула ни казва, че токът е пряко пропорционален на напрежението и обратно пропорционален на съпротивлението - това е точната формулировка на Закона на Ом. Физичният смисъл на тази формула е да опише зависимостта на тока през секция от веригата с познатото й съпротивление и напрежение.

Внимание!Тази формула е валидна за постоянен ток, за променлив ток има леки разлики, ще се върнем към това по-късно.

В допълнение към съотношението на електрическите величини, тази форма ни казва, че графиката на тока спрямо напрежението в съпротивлението е линейна и уравнението на функцията е изпълнено:

f (x) = ky или f (u) = IR или f (u) = (1 / R) * I

Законът на Ом за една верига се използва за изчисляване на съпротивлението на резистор в верига или за определяне на тока през него при известно напрежение и съпротивление. Например имаме резистор R със съпротивление 6 ома, към клемите му се прилага напрежение 12 В. Трябва да разберете какъв ток ще тече през него. Изчисли Нека:

I = 12 V / 6 Ohms = 2 A

Идеалният проводник няма съпротивление, но поради структурата на молекулите на веществото, от което се състои, всяко проводимо тяло има съпротива. Например, това предизвика прехода от алуминиеви към медни проводници в домашните електрически мрежи.Съпротивлението на медта (Ом на 1 метър дължина) е по-малко от това на алуминия. Съответно медните проводници се нагряват по-малко, издържат на големи токове, което означава, че можете да използвате жица с по-малко напречно сечение.

Друг пример - спиралите на отоплителните устройства и резисторите имат голямо съпротивление, защото са изработени от различни метали с висока устойчивост, като нихром, кантал и др. Когато носителите на заряда се движат през проводника, те се сблъскват с частици в кристалната решетка, в резултат на това се отделя енергия под формата на топлина и проводникът се нагрява. Колкото по-ток - колкото повече сблъсъци - толкова повече отопление.

Движение на частиците в проводник

За да се намали нагряването, проводникът трябва или да се скъси, или дебелината му да се увеличи (площ на напречното сечение). Тази информация може да бъде написана като формула:

Rтел= ρ (L / S)

Където ρ е съпротивлението в Ом * mm2/ m, L - дължина в m, S - площ на напречното сечение.

Закон на Ом за паралелна и серийна верига

В зависимост от вида на връзката се наблюдава различен модел на текущия поток и разпределението на напрежението. За секция от серия верига от елементи напрежението, токът и съпротивлението се намират по формулата:

I = I1 = I2

U = U1 + U2

R = R1 + R2

Това означава, че един и същ ток тече във верига от произволен брой елементи, свързани последователно. В този случай напрежението, приложено към всички елементи (сумата от спада на напрежението), е равно на изходното напрежение на източника на захранване. Всеки елемент се прилага отделно със собствена стойност на напрежението и зависи от силата на тока и специфичното съпротивление:

Uд= I * Rелемент

Съпротивлението на веригата за паралелно свързани елементи се изчислява по формулата:

I = I1 + I2

U = U1 = U2

1 / R = 1 / R1 + 1 / R2

За смесено съединение веригата трябва да се доведе до еквивалентна форма. Например, ако един резистор е свързан към два паралелно свързани резистора, тогава първо изчислете съпротивлението на паралелно свързаните. Ще получите общото съпротивление на двата резистора и просто трябва да го добавите към третия, който е свързан последователно с тях.

Серийно изчисление

Закон на Ом за цялата верига

Пълна схема изисква източник на захранване. Идеален източник на енергия е устройство, което има една характеристика:

  • напрежение, ако е източник на ЕМП;
  • сила на тока, ако е източник на ток;

Такъв източник на енергия е в състояние да достави всяка мощност с постоянни изходни параметри. В реално захранване има и параметри като мощност и вътрешно съпротивление. Всъщност вътрешното съпротивление е въображаем резистор, инсталиран последователно с източника на емф.

Идеален и реален източник на енергия

Формулата на закона на Ом за цялата схема изглежда подобна, но вътрешното съпротивление на IP е добавено. За пълна схема напишете:

I = ε / (R + r)

Където ε е EMF във волта, R е съпротивлението на натоварването, r е вътрешното съпротивление на източника на енергия.

На практика вътрешното съпротивление е част от Ома, а при галваничните източници се увеличава значително. Наблюдавахте това, когато двете батерии (нови и мъртви) имат едно и също напрежение, но една от тях произвежда необходимия ток и работи правилно, а втората не работи, защото провисва при най-малко натоварване.

Законът на Ом в диференциална и интегрална форма

За хомогенна част от веригата горните формули са валидни, за нехомогенен проводник е необходимо да се раздели на възможно най-кратки сегменти, така че промените в размерите му да бъдат сведени до минимум в този сегмент. Това се нарича Закон на Ом в различна форма.

Диференциална форма

С други думи: плътността на тока е пряко пропорционална на силата и проводимостта за безкрайно малка част от проводника.

Диференциална формула

В неразделна форма:

Интегрирана формула

Закон на Ом за променлив ток

При изчисляване на променливотокови вериги вместо понятието съпротивление се въвежда понятието "импеданс". Импедансът се обозначава с буквата Z, включва съпротивлението на натоварването Rа и реактивност X (или RR).Това се дължи на формата на синусоидалния ток (и токове на всякакви други форми) и параметрите на индуктивните елементи, както и законите за превключване:

  1. Токът във веригата с индуктивност не може да се промени незабавно.
  2. Напрежението във веригата с капацитета не може да се промени незабавно.

Така токът започва да изостава или да изпреварва напрежението, а общата мощност се разделя на активна и реактивна.

U = I * Z

Изчисляване на импеданса

XL и XC Реактивни компоненти на товара

В тази връзка се въвежда стойността cos Φ:

Използване на питагорейската теорема

Тук Q е реактивната мощност, дължаща се на променлив ток и индуктивно-капацитивни компоненти, P е активната мощност (разпределена на активните компоненти), S е привидната мощност, cos Φ е коефициентът на мощност.

Може би сте забелязали, че формулата и нейното представяне се пресичат с теорията на Питагор. Това наистина е така, а ъгълът F зависи от това колко голям е реактивният компонент на товара - колкото е по-голям, толкова по-голям е. На практика това води до факта, че токът, който действително тече в мрежата, е по-голям от този, считан от електромера за домакинствата, докато предприятията плащат за пълна мощност.

В този случай съпротивлението се представя в сложна форма:

Сложна форма

Тук j е въображаема единица, която е характерна за сложната форма на уравнения. По-рядко се нарича i, но в електротехниката е посочена и ефективната стойност на променливия ток, следователно, за да не се объркате, е по-добре да използвате j.

Въображаемата единица е √-1. Логично е, че при квадратиране няма такова число, което може да доведе до отрицателен резултат от "-1".

Как да си спомним закона на Ом

За да запомните Закона на Ом, можете да запомните формулировката с прости думи като:

Колкото по-високо е напрежението, толкова по-голям е токът, толкова по-голямо е съпротивлението, толкова по-нисък е токът.

Или използвайте мнемоничните снимки и правила. Първият е представяне на закона на Ом под формата на пирамида - кратко и ясно.

Просто обяснение на закона на Ом

Мнемоничното правило е опростен оглед на концепция, за нейното просто и лесно разбиране и изучаване. Тя може да бъде или устна, или графична. За да намерите правилната формула правилно, затворете желаната стойност с пръст и получете отговора под формата на произведение или коефициент. Ето как работи:

Мнемонично правило

Второто е карикатурно изпълнение. Тук е показано: колкото повече Ом се опитва, толкова по-трудно преминава Ампер и колкото повече Волт - толкова по-лесно преминава Ампер.

Карикатура на закона на Ом

И накрая, препоръчваме да гледате полезно видео, което обяснява Закона на Ом и неговото приложение с прости думи:

Законът на Ом е един от основните в електротехниката, без негово знание повечето изчисления са невъзможни. И в ежедневната работа често се налага да се превежда ампери до киловат или чрез съпротивление за определяне на тока. Абсолютно не е необходимо да се разбира нейното заключение и произхода на всички количества - но окончателните формули са необходими за разработване. В заключение искам да отбележа, че сред електриците има стара комична поговорка:"Не знам Ом - седи вкъщи."И ако във всяка шега има дял от истината, то тук този дял от истината е 100%. Научете теоретичните основи, ако искате да станете професионалист на практика, а други статии от нашия сайт ще ви помогнат в това.

(13 гласа)
Зареждането ...

2 коментара

  • Филимон

    + Такава професия като инженер по електроника. не съществува. Като думите! Има специалност електронен, електронен инженер!

    отговор
    • Kosab

      Има

      електронен инженер - м. Специалист по електроника електронно оборудване.

      отговор

Добавете коментар

Задължителните полета са маркирани *