Ορισμός των 3 νόμων του Ohm. Ο νόμος του Ohm με απλά λόγια

Ο νόμος του Ohm για ένα πλήρες κύκλωμα είναι ένας εμπειρικός (που προέρχεται από το πείραμα) νόμος που καθορίζει τη σχέση μεταξύ της ισχύος ρεύματος, της ηλεκτροκινητικής δύναμης (EMF) και της εξωτερικής και εσωτερικής αντίστασης σε ένα κύκλωμα.

Κατά τη διεξαγωγή πραγματικών μελετών των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών των κυκλωμάτων συνεχούς ρεύματος, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η αντίσταση της ίδιας της πηγής ρεύματος. Έτσι, στη φυσική, γίνεται μια μετάβαση από μια ιδανική πηγή ρεύματος σε μια πραγματική πηγή ρεύματος, η οποία έχει τη δική της αντίσταση (βλ. Εικ. 1).

Ρύζι. 1. Εικόνα ιδανικών και πραγματικών πηγών ρεύματος

Η εξέταση μιας πηγής ρεύματος με τη δική της αντίσταση απαιτεί τη χρήση του νόμου του Ohm για το πλήρες κύκλωμα.

Ας διατυπώσουμε τον νόμο του Ohm για ένα πλήρες κύκλωμα ως εξής (βλ. Εικ. 2): η ισχύς του ρεύματος σε ένα πλήρες κύκλωμα είναι ευθέως ανάλογη με το emf και αντιστρόφως ανάλογη με τη συνολική αντίσταση του κυκλώματος, όπου η συνολική αντίσταση νοείται ως το άθροισμα εξωτερικών και εσωτερικών αντιστάσεων.

Ρύζι. 2. Διάγραμμα του νόμου του Ohm για ένα πλήρες κύκλωμα.

• R – εξωτερική αντίσταση [Ohm];
• r – αντίσταση της πηγής EMF (εσωτερική) [Ohm];
• I – ένταση ρεύματος [A];
• ε – EMF της πηγής ρεύματος [V].

Ας δούμε μερικά προβλήματα σε αυτό το θέμα. Προβλήματα σχετικά με το νόμο του Ohm για ένα πλήρες κύκλωμα δίνονται συνήθως στους μαθητές της 10ης τάξης, ώστε να κατανοήσουν καλύτερα το καθορισμένο θέμα.

I. Προσδιορίστε το ρεύμα σε ένα κύκλωμα με λαμπτήρα, αντίσταση 2,4 Ohms και πηγή ρεύματος του οποίου το emf είναι 10 V και η εσωτερική αντίσταση είναι 0,1 Ohms.

Σύμφωνα με τον νόμο του Ohm για ένα πλήρες κύκλωμα, η ισχύς του ρεύματος είναι ίση με:

II. Προσδιορίστε την εσωτερική αντίσταση μιας πηγής ρεύματος με emf 52 V. Εάν είναι γνωστό ότι όταν αυτή η πηγή ρεύματος είναι συνδεδεμένη σε ένα κύκλωμα με αντίσταση 10 Ohms, το αμπερόμετρο δείχνει μια τιμή 5 A.

Ας γράψουμε τον νόμο του Ohm για το πλήρες κύκλωμα και ας εκφράσουμε την εσωτερική αντίσταση από αυτό:

III. Μια μέρα ένας μαθητής ρώτησε τη δασκάλα του στη φυσική: «Γιατί τελειώνει η μπαταρία;» Πώς να απαντήσετε σωστά σε αυτή την ερώτηση;

Γνωρίζουμε ήδη ότι μια πραγματική πηγή έχει τη δική της αντίσταση, η οποία καθορίζεται είτε από την αντίσταση των διαλυμάτων ηλεκτρολυτών για γαλβανικά στοιχεία και μπαταρίες, είτε από την αντίσταση των αγωγών για τις γεννήτριες. Σύμφωνα με το νόμο του Ohm για ένα πλήρες κύκλωμα:

Επομένως, το ρεύμα στο κύκλωμα μπορεί να μειωθεί είτε λόγω μείωσης του emf είτε λόγω αύξησης της εσωτερικής αντίστασης. Η τιμή emf της μπαταρίας είναι σχεδόν σταθερή. Κατά συνέπεια, το ρεύμα στο κύκλωμα μειώνεται λόγω αύξησης της εσωτερικής αντίστασης. Έτσι, η «μπαταρία» τελειώνει, καθώς αυξάνεται η εσωτερική της αντίσταση.

Το ηλεκτρικό ρεύμα και η επικίνδυνη τάση δεν ακούγονται (εκτός από βουητό γραμμές υψηλής τάσης και ηλεκτρικές εγκαταστάσεις). Τα ηλεκτροφόρα μέρη που είναι ενεργοποιημένα δεν διαφέρουν στην εμφάνιση σε καμία περίπτωση.

Είναι αδύνατο να τα αναγνωρίσουμε από τη μυρωδιά τους και δεν διαφέρουν σε αυξημένη θερμοκρασία σε κανονικούς τρόπους λειτουργίας. Αλλά συνδέουμε μια ηλεκτρική σκούπα σε μια αθόρυβη και αθόρυβη πρίζα, γυρνάμε τον διακόπτη - και η ενέργεια φαίνεται να βγαίνει από το πουθενά, μόνη της, με τη μορφή θορύβου και συμπίεσης μέσα στην οικιακή συσκευή.

Και πάλι, αν βάλουμε δύο καρφιά στις υποδοχές της πρίζας και τα πιάσουμε, τότε κυριολεκτικά με όλο μας το σώμα θα νιώσουμε την πραγματικότητα και την αντικειμενικότητα της ύπαρξης ηλεκτρικού ρεύματος. Αυτό, φυσικά, αποθαρρύνεται έντονα. Αλλά τα παραδείγματα της ηλεκτρικής σκούπας και των καρφιών μας δείχνουν ξεκάθαρα ότι η μελέτη και η κατανόηση των βασικών νόμων της ηλεκτροτεχνικής προάγει την ασφάλεια κατά το χειρισμό του οικιακού ηλεκτρισμού, καθώς και την εξάλειψη των δεισιδαιμονικών προκαταλήψεων που σχετίζονται με το ηλεκτρικό ρεύμα και τάση.

Ας δούμε, λοιπόν, έναν από τους πιο πολύτιμους νόμους της ηλεκτρικής μηχανικής που είναι χρήσιμο να γνωρίζουμε. Και θα προσπαθήσουμε να το κάνουμε αυτό με την πιο δημοφιλή μορφή.

Ο νόμος του Ohm

1. Διαφορική μορφή γραφής του νόμου του Ohm

Ο πιο σημαντικός νόμος της ηλεκτρολογικής μηχανικής είναι, φυσικά, Ο νόμος του Ohm. Ακόμα και άνθρωποι που δεν έχουν καμία σχέση με την ηλεκτρολογία γνωρίζουν την ύπαρξή της. Αλλά εν τω μεταξύ η ερώτηση "Γνωρίζετε τον νόμο του Ohm;" στα ΤΕΙ είναι παγίδα για αλαζόνες και αλαζόνες φοιτητές. Ο σύντροφος, φυσικά, απαντά ότι γνωρίζει πολύ καλά τον νόμο του Ohm και στη συνέχεια στρέφονται σε αυτόν ζητώντας να δώσει αυτόν τον νόμο σε διαφορετική μορφή. Εδώ αποδεικνύεται ότι ένας μαθητής γυμνασίου ή ένας πρωτοετής έχει ακόμα πολλά να μελετήσει.

Ωστόσο, η διαφορική μορφή γραφής του νόμου του Ohm είναι σχεδόν ανεφάρμοστη στην πράξη. Αντικατοπτρίζει τη σχέση μεταξύ πυκνότητας ρεύματος και έντασης πεδίου:

όπου G είναι η αγωγιμότητα του κυκλώματος. E - ένταση ηλεκτρικού ρεύματος.

Όλα αυτά είναι προσπάθειες έκφρασης ηλεκτρικού ρεύματος, λαμβάνοντας υπόψη μόνο τις φυσικές ιδιότητες του υλικού του αγωγού, χωρίς να λαμβάνονται υπόψη οι γεωμετρικές του παράμετροι (μήκος, διάμετρος κ.λπ.). Η διαφορική μορφή της γραφής του νόμου του Ohm είναι μια καθαρή θεωρία στην καθημερινή ζωή δεν απαιτείται καθόλου.

2. Ολοκληρωμένη μορφή γραφής του νόμου του Ohm για ένα τμήμα ενός κυκλώματος

Ένα άλλο πράγμα είναι η ολοκληρωμένη μορφή σημειογραφίας. Έχει επίσης πολλές ποικιλίες. Το πιο δημοφιλές από αυτά είναι Νόμος του Ohm για ένα τμήμα κυκλώματος: I=U/R

Με άλλα λόγια, το ρεύμα σε ένα τμήμα ενός κυκλώματος είναι πάντα υψηλότερο, τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση που εφαρμόζεται σε αυτό το τμήμα και τόσο μικρότερη είναι η αντίσταση αυτού του τμήματος.

Αυτός ο «τύπος» του νόμου του Ohm είναι απλώς ένας απαραίτητος απομνημόνευσης για όλους όσοι τουλάχιστον μερικές φορές πρέπει να ασχοληθούν με την ηλεκτρική ενέργεια. Ευτυχώς, η εξάρτηση είναι αρκετά απλή. Άλλωστε, η τάση στο δίκτυο μπορεί να θεωρηθεί σταθερή. Για πρίζα είναι 220 βολτ. Επομένως, αποδεικνύεται ότι το ρεύμα στο κύκλωμα εξαρτάται μόνο από την αντίσταση του κυκλώματος που είναι συνδεδεμένο στην πρίζα. Εξ ου και το απλό ηθικό: αυτή η αντίσταση πρέπει να παρακολουθείται.

Τα βραχυκυκλώματα, που ακούνε όλοι, συμβαίνουν ακριβώς λόγω της χαμηλής αντίστασης του εξωτερικού κυκλώματος. Ας υποθέσουμε ότι λόγω λανθασμένης σύνδεσης των καλωδίων στο κουτί διακλάδωσης, τα καλώδια φάσης και ουδέτερου συνδέονται απευθείας μεταξύ τους. Στη συνέχεια, η αντίσταση του τμήματος του κυκλώματος θα μειωθεί απότομα σχεδόν στο μηδέν και το ρεύμα θα αυξηθεί επίσης απότομα σε πολύ μεγάλη τιμή. Εάν η ηλεκτρική καλωδίωση γίνει σωστά, ο διακόπτης κυκλώματος θα απενεργοποιηθεί, αλλά εάν δεν υπάρχει κανένας ή είναι ελαττωματικός ή εσφαλμένα επιλεγμένος, τότε το καλώδιο δεν θα αντιμετωπίσει το αυξημένο ρεύμα, θα θερμανθεί, θα λιώσει και πιθανόν να προκαλέσει πυρκαγιά.

Συμβαίνει όμως οι συσκευές που είναι συνδεδεμένες και χρησιμοποιούνται για περισσότερο από μία ώρα να προκαλούν βραχυκύκλωμα. Μια τυπική περίπτωση είναι ένας ανεμιστήρας του οποίου οι περιελίξεις του κινητήρα έχουν υπερθερμανθεί λόγω μπλοκαρίσματος των λεπίδων. Η μόνωση των περιελίξεων του κινητήρα δεν είναι σχεδιασμένη για σοβαρή θέρμανση, γίνεται γρήγορα άχρηστη. Ως αποτέλεσμα, εμφανίζονται βραχυκυκλώματα διακοπής, τα οποία μειώνουν την αντίσταση και, σύμφωνα με το νόμο του Ohm, οδηγούν επίσης σε αύξηση του ρεύματος.

Το αυξημένο ρεύμα, με τη σειρά του, καθιστά τη μόνωση των περιελίξεων εντελώς άχρηστη και όχι μια διακοπή, αλλά ένα πραγματικό, πλήρες βραχυκύκλωμα. Το ρεύμα ρέει εκτός από τις περιελίξεις, απευθείας από το καλώδιο φάσης στο ουδέτερο καλώδιο. Είναι αλήθεια ότι όλα τα παραπάνω μπορούν να συμβούν μόνο με έναν πολύ απλό και φθηνό ανεμιστήρα που δεν είναι εξοπλισμένος με θερμική προστασία.

Ο νόμος του Ohm για το εναλλασσόμενο ρεύμα

Πρέπει να σημειωθεί ότι η παραπάνω σημειογραφία του νόμου του Ohm περιγράφει ένα τμήμα ενός κυκλώματος με σταθερή τάση. Στα δίκτυα εναλλασσόμενης τάσης υπάρχει πρόσθετη αντίδραση, και η συνολική αντίσταση παίρνει την τιμή της τετραγωνικής ρίζας του αθροίσματος των τετραγώνων της ενεργού και της αντίστασης.

Ο νόμος του Ohm για το τμήμα του κυκλώματος AC έχει τη μορφή: I=U/Z,

όπου Z είναι η συνολική αντίσταση του κυκλώματος.

Αλλά η υψηλή αντίδραση είναι χαρακτηριστικό, πρώτα απ 'όλα, των ισχυρών ηλεκτρικών μηχανών και της τεχνολογίας μετατροπέων ισχύος. Η εσωτερική ηλεκτρική αντίσταση των οικιακών συσκευών και των λαμπτήρων είναι σχεδόν εξ ολοκλήρου ενεργή. Επομένως, στην καθημερινή ζωή, για υπολογισμούς, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την απλούστερη μορφή γραφής του νόμου του Ohm: I=U/R.

3. Ολοκληρωμένη μορφή σημειογραφίας για ένα πλήρες κύκλωμα

Αφού υπάρχει μια μορφή γραφής του νόμου για ένα τμήμα μιας αλυσίδας, τότε υπάρχει επίσης Ο νόμος του Ohm για ένα πλήρες κύκλωμα: I=E/(r+R).

Εδώ το r είναι η εσωτερική αντίσταση της πηγής EMF του δικτύου και το R είναι η συνολική αντίσταση του ίδιου του κυκλώματος.

Δεν χρειάζεται να ψάξετε πολύ για ένα φυσικό μοντέλο για να απεικονίσετε αυτόν τον υποτύπο του νόμου του Ohm - αυτό είναι το ενσωματωμένο ηλεκτρικό δίκτυο ενός αυτοκινήτου, στο οποίο η μπαταρία είναι πηγή EMF. Δεν μπορεί να θεωρηθεί ότι η αντίσταση της μπαταρίας είναι ίση με το απόλυτο μηδέν, επομένως, ακόμη και με άμεσο βραχυκύκλωμα μεταξύ των ακροδεκτών της (χωρίς αντίσταση R), το ρεύμα δεν θα αυξηθεί στο άπειρο, αλλά απλώς σε υψηλή τιμή. Ωστόσο, αυτή η υψηλή τιμή, φυσικά, αρκεί για να λιώσουν τα καλώδια και να πάρει φωτιά η ταπετσαρία του αυτοκινήτου. Επομένως, τα ηλεκτρικά κυκλώματα των αυτοκινήτων προστατεύονται από βραχυκυκλώματα χρησιμοποιώντας ασφάλειες.

Αυτή η προστασία μπορεί να μην είναι αρκετή εάν το βραχυκύκλωμα συμβεί πριν από το κιβώτιο ασφαλειών σε σχέση με την μπαταρία ή εάν μια από τις ασφάλειες αντικατασταθεί με ένα κομμάτι χάλκινου σύρματος. Τότε υπάρχει μόνο μία σωτηρία - πρέπει να σπάσετε το κύκλωμα εντελώς όσο το δυνατόν γρηγορότερα αφαιρώντας τη "γείωση", δηλαδή τον αρνητικό ακροδέκτη.

4. Ολοκληρωμένη μορφή γραφής του νόμου του Ohm για ένα τμήμα του κυκλώματος που περιέχει μια πηγή EMF

Θα πρέπει επίσης να αναφερθεί ότι υπάρχει μια άλλη έκδοση του νόμου του Ohm - για το τμήμα του κυκλώματος που περιέχει την πηγή EMF:

Εδώ U είναι η διαφορά δυναμικού στην αρχή και στο τέλος του τμήματος του κυκλώματος που εξετάζουμε. Το πρόσημο της τιμής EMF εξαρτάται από την κατεύθυνσή του σε σχέση με την τάση. Είναι συχνά απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί ο νόμος του Ohm για ένα τμήμα ενός κυκλώματος κατά τον προσδιορισμό των παραμέτρων ενός κυκλώματος, όταν μέρος του κυκλώματος είναι απρόσιτο για λεπτομερή μελέτη και δεν μας ενδιαφέρει. Ας πούμε ότι είναι κρυμμένο από μονοκόμματα μέρη της θήκης. Το υπόλοιπο κύκλωμα περιέχει μια πηγή EMF και στοιχεία με γνωστή αντίσταση. Στη συνέχεια, μετρώντας την τάση στην είσοδο του άγνωστου τμήματος του κυκλώματος, μπορείτε να υπολογίσετε το ρεύμα και μετά από αυτό, την αντίσταση του άγνωστου στοιχείου.

συμπεράσματα

Έτσι, μπορούμε να δούμε ότι ο «απλός» νόμος του Ohm δεν είναι τόσο απλός όσο ίσως πίστευαν ορισμένοι. Γνωρίζοντας όλες τις μορφές της ολοκληρωμένης σημειογραφίας των νόμων του Ohm, μπορείτε να κατανοήσετε και να θυμηθείτε εύκολα πολλές απαιτήσεις ηλεκτρικής ασφάλειας, καθώς και να αποκτήσετε εμπιστοσύνη στο χειρισμό της ηλεκτρικής ενέργειας.

Για ένα τμήμα ενός κυκλώματος, αυτός είναι ίσως ο πιο εφαρμοστέος νόμος στην ηλεκτρονική και την ηλεκτρική μηχανική. Πίσω από την πολυπλοκότητα της σύνθεσής του κρύβεται η απλότητα και η κομψότητα της εφαρμογής του.

Διατυπώνεται ως εξής: η ποσότητα του ρεύματος σε ένα τμήμα του κυκλώματος είναι ευθέως ανάλογη με την τάση που εφαρμόζεται σε αυτό το τμήμα και αντιστρόφως ανάλογη με την αντίστασή του:

Είναι πολύ εύκολο να θυμάστε αυτόν τον τύπο, αλλά αν εξακολουθείτε να μην μπορείτε, κάντε ένα τρίγωνο σε χαρτόνι όπως αυτό στην εικόνα στην αρχή του άρθρου. Αυτό είναι το μαγικό τρίγωνο του νόμου του Ohm - απλώς κλείστε την τιμή που πρέπει να βρεθεί και το υπόλοιπο τρίγωνο θα δείξει τον τύπο για την εύρεση της.

για παράδειγμα, γνωρίζουμε την τάση λειτουργίας ενός λαμπτήρα και το ρεύμα λειτουργίας του (στους λαμπτήρες φακών υποδεικνύονται απευθείας στη βάση). Ποια είναι η αντίσταση του νήματος αυτού του λαμπτήρα; Όλα είναι πολύ απλά, κλείνουμε την αντίσταση στο τρίγωνο και βλέπουμε ότι αυτό που μένει είναι η τάση διαιρούμενη με το ρεύμα.

Τώρα ας καταλάβουμε τι σημαίνουν όλες αυτές οι δύσκολες λέξεις στον ορισμό.

Λοιπόν, δύο ενδιαφέρουσες δύσκολα προφερόμενες λέξεις, ή μάλλον φράσεις: ευθέως ανάλογες και αντιστρόφως ανάλογες.

Τι σημαίνει «το μέγεθος του ρεύματος είναι ευθέως ανάλογο με την τάση»; Αυτό σημαίνει ότι όσο αυξάνεται η τάση σε ένα τμήμα του κυκλώματος, αυξάνεται και το ρεύμα σε αυτό το τμήμα. Δηλαδή, όσο μεγαλύτερη είναι η τάση, τόσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα. Όλα αυτά ισχύουν για ένα τμήμα του κυκλώματος με την ίδια τάση.

Όσο για το «αντίστροφα ανάλογο της αντίστασής του», ισχύει το αντίθετο. Όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση ενός τμήματος του κυκλώματος, τόσο λιγότερο ρεύμα θα το διαρρέει. Αυτό ισχύει εάν εφαρμόζεται η ίδια αντίσταση σε αυτό το τμήμα.

Ας δούμε την εφαρμογή αυτού του νόμου χρησιμοποιώντας ένα απλό παράδειγμα. Ας πάρουμε έναν συνηθισμένο φακό με έναν λαμπτήρα πυρακτώσεως στον οποίο έχουν τοποθετηθεί τρεις "στρογγυλές" μπαταρίες. Το διάγραμμα ενός τέτοιου φακού θα μοιάζει με αυτό.

Σε αυτό το κύκλωμα, τα GB1 - GB3 είναι τρεις μπαταρίες, το S1 είναι ένας διακόπτης, το HL1 είναι ένας λαμπτήρας.

Όπως μας λέει λοιπόν Νόμος του Ohm:η ποσότητα του ρεύματος σε ένα τμήμα του κυκλώματος είναι ευθέως ανάλογη με την τάση που εφαρμόζεται σε αυτό το τμήμα και αντιστρόφως ανάλογη με την αντίστασή του. Ας λάβουμε υπόψη ένα τμήμα του κυκλώματος που αποτελείται από έναν λαμπτήρα.

Τώρα μια απλή ερώτηση: τι καθορίζει τη φωτεινότητα ενός λαμπτήρα; Αυτό είναι σωστό - με την ισχύ του ρεύματος που διέρχεται από το νήμα αυτού του λαμπτήρα. Δηλαδή, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη φωτεινότητα του λαμπτήρα ως ένδειξη της ισχύος ρεύματος στο κύκλωμα του φακού.

Και αλήθεια, τι θα γίνει με τη λάμψη του λαμπτήρα αν αφαιρέσουμε μια μπαταρία και τοποθετήσουμε ένα βραχυκυκλωτήρα;

Ένας από τους πιο εφαρμοσμένους νόμους στην ηλεκτρική μηχανική. Αυτός ο νόμος αποκαλύπτει τη σχέση μεταξύ τριών πιο σημαντικών μεγεθών: ρεύματος, τάσης και αντίστασης. Αυτή η σύνδεση ανακαλύφθηκε από τον Georg Ohm τη δεκαετία του 1820, γι' αυτό και ο νόμος αυτός έλαβε το όνομά του.

Διατύπωση του νόμου του Ohmεπόμενος:
Η ποσότητα ρεύματος σε ένα τμήμα ενός κυκλώματος είναι ευθέως ανάλογη με την τάση που εφαρμόζεται σε αυτό το τμήμα και αντιστρόφως ανάλογη με την αντίστασή του.

Αυτή η εξάρτηση μπορεί να εκφραστεί με τον τύπο:

Όπου I είναι η ισχύς ρεύματος, U είναι η τάση που εφαρμόζεται στο τμήμα του κυκλώματος και R είναι η ηλεκτρική αντίσταση του τμήματος κυκλώματος.
Έτσι, εάν δύο από αυτές τις ποσότητες είναι γνωστές, η τρίτη μπορεί εύκολα να υπολογιστεί.
Ο νόμος του Ohm μπορεί να γίνει κατανοητός χρησιμοποιώντας ένα απλό παράδειγμα. Ας υποθέσουμε ότι πρέπει να υπολογίσουμε την αντίσταση του νήματος ενός λαμπτήρα φακού και γνωρίζουμε την τάση λειτουργίας του λαμπτήρα και το ρεύμα που απαιτείται για τη λειτουργία του (ο ίδιος ο λαμπτήρας, όπως ξέρετε, έχει μεταβλητή αντίσταση, αλλά για το παράδειγμα θα το πάρουμε ως σταθερό). Για να υπολογίσετε την αντίσταση, πρέπει να διαιρέσετε την τάση με το ρεύμα. Πώς να θυμάστε τον τύπο του νόμου του Ohm για να εκτελέσετε σωστά τους υπολογισμούς; Και είναι πολύ εύκολο να γίνει! Απλά πρέπει να κάνετε στον εαυτό σας μια υπενθύμιση όπως στο παρακάτω σχήμα.
Τώρα, αν καλύψετε κάποια από τις ποσότητες με το χέρι σας, θα καταλάβετε αμέσως πώς θα τη βρείτε. Εάν κλείσετε το γράμμα I, γίνεται σαφές ότι για να βρείτε το ρεύμα πρέπει να διαιρέσετε την τάση με την αντίσταση.
Τώρα ας καταλάβουμε τι σημαίνουν οι λέξεις «ευθεία ανάλογη και αντιστρόφως ανάλογη» στη διατύπωση του νόμου. Η έκφραση "η ποσότητα ρεύματος σε ένα τμήμα ενός κυκλώματος είναι ευθέως ανάλογη με την τάση που εφαρμόζεται σε αυτό το τμήμα" σημαίνει ότι εάν η τάση σε ένα τμήμα ενός κυκλώματος αυξηθεί, τότε το ρεύμα σε αυτό το τμήμα θα αυξηθεί επίσης. Με απλά λόγια, όσο μεγαλύτερη είναι η τάση, τόσο μεγαλύτερο το ρεύμα. Και η έκφραση "αντίστροφα ανάλογη με την αντίστασή του" σημαίνει ότι όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση, τόσο μικρότερο θα είναι το ρεύμα.
Ας εξετάσουμε ένα παράδειγμα με τη λειτουργία μιας λάμπας σε φακό. Ας πούμε ότι ο φακός απαιτεί τρεις μπαταρίες για να λειτουργήσει, όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα, όπου GB1 - GB3 είναι μπαταρίες, S1 είναι ένας διακόπτης, HL1 είναι ένας λαμπτήρας.

Ας υποθέσουμε ότι η αντίσταση του λαμπτήρα είναι υπό όρους σταθερή, αν και όσο θερμαίνεται η αντίστασή του αυξάνεται. Η φωτεινότητα του λαμπτήρα θα εξαρτηθεί από την τρέχουσα ισχύ, τόσο πιο φωτεινή είναι η λάμπα. Τώρα, φανταστείτε ότι αντί για μία μπαταρία τοποθετήσαμε ένα βραχυκυκλωτήρα, μειώνοντας έτσι την τάση.
Τι θα γίνει με τη λάμπα;
Θα λάμπει πιο αμυδρά (η τρέχουσα ισχύς έχει μειωθεί), γεγονός που επιβεβαιώνει τον νόμο του Ohm:
όσο χαμηλότερη είναι η τάση, τόσο χαμηλότερο είναι το ρεύμα.

Έτσι λειτουργεί απλά αυτός ο φυσικός νόμος που συναντάμε στην καθημερινή ζωή.
Μπόνους, μια κωμική εικόνα ειδικά για εσάς που εξηγεί τον νόμο του Ohm όχι λιγότερο πολύχρωμα.

Αυτό ήταν ένα άρθρο κριτικής. Μιλάμε για αυτόν τον νόμο με περισσότερες λεπτομέρειες στο επόμενο άρθρο "", εξετάζοντας τα πάντα χρησιμοποιώντας άλλα πιο περίπλοκα παραδείγματα.

Εάν δεν τα καταφέρετε με τη φυσική, τα Αγγλικά για παιδιά (http://www.anylang.ru/order-category/?slug=live_language) ως εναλλακτική επιλογή ανάπτυξης.

Ποιος είναι ο νόμος του Ohm για ένα πλήρες κύκλωμα; Έτσι, αυτός είναι ένας τύπος στον οποίο η σύνδεση μεταξύ των κύριων παραμέτρων ενός ηλεκτρικού κυκλώματος είναι σαφώς ορατή: ρεύμα, τάση και αντίσταση. Για να κατανοήσουμε την ουσία του νόμου, ας κατανοήσουμε πρώτα μερικές έννοιες.

Τι ονομάζεται ηλεκτρικό κύκλωμα;

Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα είναι μια διαδρομή σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα μέσω της οποίας ρέουν φορτία (ηλεκτρικά στοιχεία, καλώδια και άλλες συσκευές). Φυσικά, η αρχή του θεωρείται η πηγή ενέργειας. Υπό την επίδραση ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, φωτονικών φαινομένων ή χημικών διεργασιών, τα ηλεκτρικά φορτία τείνουν να μετακινούνται στο αντίθετο τερματικό αυτής της πηγής ενέργειας.

Τι είναι το ηλεκτρικό ρεύμα;

Η κατευθυνόμενη κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων όταν εκτίθενται σε ηλεκτρικό πεδίο ή άλλες εξωτερικές δυνάμεις ονομάζεται ηλεκτρικό ρεύμα. Η κατεύθυνσή του καθορίζεται από την κατεύθυνση των πρωτονίων (θετικά φορτία). Το ρεύμα θα είναι σταθερό εάν ούτε η ισχύς ούτε η κατεύθυνσή του έχουν αλλάξει με την πάροδο του χρόνου.

Ιστορία του νόμου του Ohm

Όταν διεξήγαγε πειράματα με έναν αγωγό, ο φυσικός Georg Ohm ήταν σε θέση να διαπιστώσει ότι η ισχύς του ρεύματος είναι ανάλογη με την τάση που εφαρμόζεται στα άκρα του:

I / sim U ή I = G / U,

όπου G είναι η ηλεκτρική αγωγιμότητα και η τιμή R = 1 / G είναι η ηλεκτρική αντίσταση του αγωγού. Αυτή η ανακάλυψη έγινε από τον διάσημο Γερμανό φυσικό το 1827.

Οι νόμοι του Ohm

Για ένα πλήρες κύκλωμα, ο ορισμός θα είναι ο εξής: η ισχύς του ρεύματος στο ηλεκτρικό κύκλωμα είναι ίση με τον λόγο της ηλεκτροκινητικής δύναμης (εφεξής EMF) της πηγής προς το άθροισμα των αντιστάσεων:

I = E / (R + r),

όπου R είναι η αντίσταση του εξωτερικού κυκλώματος και r είναι η εσωτερική αντίσταση Αρκετά συχνά, η διατύπωση του νόμου προκαλεί δυσκολίες, αφού δεν είναι όλοι εξοικειωμένοι με την έννοια του EMF, τη διαφορά του από την τάση, δεν γνωρίζουν όλοι τι σημαίνει. και από πού προέρχεται η εσωτερική αντίσταση. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο χρειάζονται εξηγήσεις, επειδή ο νόμος του Ohm για ένα πλήρες κύκλωμα έχει ένα βαθύ νόημα.

Η διατύπωση του νόμου για το τμήμα αλυσίδας μπορεί να ονομαστεί διαφανής. Το θέμα είναι ότι δεν χρειάζεται πρόσθετη εξήγηση για να το κατανοήσουμε: το ρεύμα στο κύκλωμα είναι ευθέως ανάλογο με την τάση και αντιστρόφως ανάλογο με την αντίσταση:

Εννοια

Ο νόμος του Ohm για ένα πλήρες κύκλωμα σχετίζεται στενά με το νόμο της διατήρησης της ενέργειας. Ας υποθέσουμε ότι η πηγή ρεύματος δεν έχει εσωτερική αντίσταση. Τι πρέπει να συμβεί σε αυτή την περίπτωση; Αποδεικνύεται ότι αν δεν υπήρχε αντίσταση, τότε θα δινόταν μεγαλύτερο ρεύμα στο εξωτερικό κύκλωμα και κατά συνέπεια η ισχύς θα ήταν μεγαλύτερη.

Τώρα ήρθε η ώρα να κατανοήσουμε την έννοια της ηλεκτροκινητικής δύναμης. Αυτή η τιμή αντιπροσωπεύει τη διαφορά μεταξύ των ηλεκτρικών δυναμικών στους ακροδέκτες της πηγής, αλλά μόνο χωρίς κανένα φορτίο. Ας πάρουμε για παράδειγμα την πίεση του νερού σε μια υπερυψωμένη δεξαμενή. Η στάθμη του νερού θα παραμείνει στη θέση του μέχρι να αρχίσει να καταναλώνεται. Όταν ανοίγετε τη βρύση, η στάθμη του υγρού θα μειωθεί επειδή δεν υπάρχει άντληση. Όταν το νερό εισέρχεται σε έναν σωλήνα, παρουσιάζει αντίσταση και το ίδιο συμβαίνει με τα ηλεκτρικά φορτία στο καλώδιο.

Ελλείψει φορτίων, οι ακροδέκτες είναι σε ανοιχτή κατάσταση, αποδεικνύεται ότι το EMF και η τάση είναι τα ίδια σε μέγεθος. Αν, για παράδειγμα, ανάψουμε μια λάμπα, το κύκλωμα θα κλείσει και η ηλεκτροκινητική δύναμη θα δημιουργήσει μια τάση σε αυτό, εκτελώντας χρήσιμη εργασία. Μέρος της ενέργειας θα διασκορπιστεί λόγω εσωτερικής αντίστασης (αυτό ονομάζεται απώλειες).

Εάν η αντίσταση του καταναλωτή είναι μικρότερη από την εσωτερική αντίσταση, τότε απελευθερώνεται περισσότερη ισχύς στην πηγή ρεύματος. Και τότε το EMF στο εξωτερικό κύκλωμα πέφτει και ένα σημαντικό μέρος της ενέργειας χάνεται στην εσωτερική αντίσταση. Η ουσία των νόμων για τη διατήρηση είναι ότι η φύση δεν μπορεί να πάρει περισσότερα από όσα δίνει.

Η ουσία της εσωτερικής αντίστασης είναι γνωστή στους κατοίκους των διαμερισμάτων της εποχής του Χρουστσόφ, των οποίων τα διαμερίσματα διαθέτουν κλιματισμό, αλλά η παλιά καλωδίωση δεν έχει αντικατασταθεί ποτέ. Ο ηλεκτρικός μετρητής περιστρέφεται με ιλιγγιώδη ταχύτητα, η πρίζα και ο τοίχος θερμαίνονται στα σημεία που περνούν τα παλιά αλουμινένια καλώδια, με αποτέλεσμα το κλιματιστικό μετά βίας να ψύχει τον αέρα του δωματίου.

Φύση r

Το "Full Ohm" (όπως συνηθίζουν οι ηλεκτρολόγοι να αποκαλούν νόμο) είναι ελάχιστα κατανοητό, καθώς η εσωτερική αντίσταση της πηγής, κατά κανόνα, δεν είναι ηλεκτρικής φύσης. Ας το δούμε αυτό χρησιμοποιώντας το παράδειγμα μιας μπαταρίας αλατιού. Είναι γνωστό ότι μια ηλεκτρική μπαταρία αποτελείται από πολλά στοιχεία, αλλά θα εξετάσουμε μόνο ένα. Έτσι, έχουμε μια έτοιμη μπαταρία Krona, που αποτελείται από 7 στοιχεία συνδεδεμένα σε σειρά.

Πώς δημιουργείται το ρεύμα; Σε ένα δοχείο με ηλεκτρολύτη τοποθετούμε μια ράβδο άνθρακα σε ένα κέλυφος μαγγανίου, που αποτελείται από θετικά ηλεκτρόδια ή άνοδους. Στο συγκεκριμένο παράδειγμα, η ράβδος άνθρακα λειτουργεί ως συλλέκτης ρεύματος. Το μέταλλο ψευδάργυρου αποτελείται από αρνητικά ηλεκτρόδια (κάθοδοι). Οι μπαταρίες που αγοράζονται από το κατάστημα περιέχουν συνήθως ηλεκτρολύτη γέλης. Το υγρό χρησιμοποιείται πολύ σπάνια. Ένα κύπελλο ψευδαργύρου με ηλεκτρολύτη και άνοδοι λειτουργεί ως αρνητικό ηλεκτρόδιο.

Αποδεικνύεται ότι το μυστικό της μπαταρίας βρίσκεται στο γεγονός ότι το ηλεκτρικό δυναμικό του μαγγανίου δεν είναι τόσο υψηλό όσο του ψευδαργύρου. Επομένως, τα ηλεκτρόνια έλκονται στην κάθοδο και αυτή, με τη σειρά της, απωθεί θετικά φορτισμένα ιόντα ψευδαργύρου στην άνοδο. Ως αποτέλεσμα, η κάθοδος καταναλώνεται σταδιακά. Ίσως όλοι γνωρίζουν ότι εάν μια νεκρή μπαταρία δεν αντικατασταθεί έγκαιρα, μπορεί να διαρρεύσει. Με τι συνδέεται αυτό; Όλα είναι πολύ απλά: ο ηλεκτρολύτης θα αρχίσει να ρέει έξω μέσα από το αποσυνδεδεμένο κύπελλο.

Όταν τα φορτία κινούνται στη ράβδο άνθρακα, θετικά φορτία συσσωρεύονται στο κέλυφος του μαγγανίου, ενώ αρνητικά φορτία συσσωρεύονται στον ψευδάργυρο. Γι' αυτό ονομάζονται άνοδος και κάθοδος, αλλά το εσωτερικό των μπαταριών φαίνεται διαφορετικό. Η διαφορά μεταξύ των φορτίων θα δημιουργήσει μια ηλεκτροκινητική δύναμη Τα φορτία θα σταματήσουν να κινούνται στον ηλεκτρολύτη όταν η διαφορά δυναμικού στο υλικό του ηλεκτροδίου είναι ίση με την τιμή του emf και οι ελκτικές δυνάμεις είναι ίσες με τις απωστικές δυνάμεις.

Ας κλείσουμε τώρα το κύκλωμα: για να το κάνετε αυτό, απλώς συνδέστε τη λάμπα στην μπαταρία. Περνώντας μέσα από μια τεχνητή πηγή φωτός, οι φορτίσεις θα επιστρέψουν το καθένα στη θέση τους («σπίτι») και η λάμπα θα ανάψει. Μέσα στη μπαταρία, η κίνηση των ηλεκτρονίων και των ιόντων θα αρχίσει ξανά, αφού τα φορτία έχουν σβήσει και μια ελκτική ή απωστική δύναμη έχει επανεμφανιστεί.

Μάλιστα, η μπαταρία παράγει ρεύμα, γι' αυτό και ανάβει ο λαμπτήρας, αυτό συμβαίνει λόγω της κατανάλωσης ψευδαργύρου, ο οποίος σε αυτή τη διαδικασία μετατρέπεται σε άλλες χημικές ενώσεις. Για την εξαγωγή καθαρού ψευδαργύρου, σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της ενέργειας, είναι απαραίτητο να δαπανηθεί, αλλά όχι σε ηλεκτρική μορφή (ακριβώς η ίδια ποσότητα που δόθηκε στον λαμπτήρα).

Τώρα μπορούμε επιτέλους να κατανοήσουμε τη φύση της εσωτερικής αντίστασης της πηγής. Σε μια μπαταρία, αυτό είναι ένα εμπόδιο στην κίνηση μεγάλων ιόντων. Η κίνηση των ηλεκτρονίων χωρίς ιόντα είναι αδύνατη επειδή δεν υπάρχει ελκτική δύναμη.

Στις βιομηχανικές γεννήτριες, το r εμφανίζεται όχι μόνο λόγω της ηλεκτρικής αντίστασης των περιελίξεων, αλλά και λόγω εξωτερικών λόγων. Έτσι, για παράδειγμα, στους υδροηλεκτρικούς σταθμούς η τιμή της ποσότητας εξαρτάται από την απόδοση του στροβίλου, την αντίσταση της ροής του νερού στον αγωγό, καθώς και από τις απώλειες στη μηχανική μετάδοση. Επιπλέον, η θερμοκρασία του νερού και ο βαθμός ιλύος έχει κάποια επίδραση.

AC

Έχουμε ήδη εξετάσει τον νόμο του Ohm για ολόκληρο το κύκλωμα DC. Πώς θα αλλάξει ο τύπος με το εναλλασσόμενο ρεύμα; Πριν το καταλάβουμε, ας χαρακτηρίσουμε την ίδια την έννοια. Εναλλασσόμενο ρεύμα είναι η κίνηση των ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων, η κατεύθυνση και η τιμή των οποίων αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Σε αντίθεση με τη σταθερή αντίσταση, συνοδεύεται από πρόσθετους παράγοντες που δημιουργούν έναν νέο τύπο αντίστασης (αντιδραστική). Είναι χαρακτηριστικό των πυκνωτών και των επαγωγέων.

Ο νόμος του Ohm για ένα πλήρες κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος είναι:

όπου το Z είναι μια σύνθετη αντίσταση που αποτελείται από ενεργές και αντιδραστικές.

Δεν είναι όλα άσχημα

Ο νόμος του Ohm για ένα πλήρες κύκλωμα, εκτός από το ότι υποδεικνύει απώλειες ενέργειας, προτείνει και τρόπους εξάλειψής τους. Οι απλοί ηλεκτρολόγοι σπάνια χρησιμοποιούν τον τύπο για την εύρεση σύνθετης αντίστασης όταν υπάρχουν χωρητικότητες ή επαγωγές σε ένα κύκλωμα. Στις περισσότερες περιπτώσεις, το ρεύμα μετράται χρησιμοποιώντας σφιγκτήρες ή ειδικό ελεγκτή. Και όταν η τάση είναι γνωστή, η μιγαδική αντίσταση μπορεί εύκολα να υπολογιστεί (αν αυτό είναι πραγματικά απαραίτητο).