Ohms lag för en komplett krets

Inom elektroteknik finns termer: sektion och helkrets.

Sajten heter:

• del av en elektrisk krets inuti en ström- eller spänningskälla;

• hela den externa eller interna kretsen av elektriska element anslutna till källan eller en del av den.

Termen "komplett krets" används för att hänvisa till en krets med alla kretsar monterade, inklusive:

• källor;

• användare;

• anslutningsledningar.

Sådana definitioner hjälper till att bättre navigera i kretsarna, förstå deras egenskaper, analysera arbetet, söka efter skador och fel. De är inbäddade i Ohms lag, som låter dig lösa samma frågor för att optimera elektriska processer för mänskliga behov.

Georg Simon Ohms grundforskning gäller praktiskt taget alla del av kretsen eller hela schemat.

Hur Ohms lag fungerar för en komplett likströmskrets

Låt oss till exempel ta en galvanisk cell, som populärt kallas batteri, med en potentialskillnad U mellan anod och katod. Vi ansluter en glödlampa med en glödtråd till dess terminaler, som har ett enkelt resistivt motstånd R.

En ström I = U / R skapad av elektronernas rörelse i metallen kommer att strömma genom glödtråden. Kretsen som bildas av batterikablarna, anslutningskablarna och glödlampan hänvisar till den yttre delen av kretsen.

Ström kommer också att flyta i den interna sektionen mellan batterielektroderna. Dess bärare kommer att vara positivt och negativt laddade joner. Elektroner kommer att attraheras till katoden och positiva joner kommer att stötas bort från den till anoden.

På så sätt ackumuleras positiva och negativa laddningar på katoden och anoden, och en potentialskillnad skapas mellan dem.

Den fullständiga rörelsen av joner i elektrolyten hindras batteriets inre motståndmärkt med «r». Den begränsar strömutgången till den externa kretsen och minskar dess effekt till ett visst värde.

I den kompletta kretsen av kretsen flyter strömmen genom de inre och yttre kretsarna och övervinner det totala motståndet R + r för de två sektionerna i serie. Dess värde påverkas av kraften som appliceras på elektroderna, som kallas elektromotorisk eller EMF för kort och betecknas med indexet «E».

Dess värde kan mätas med en voltmeter vid batteriets poler utan belastning (ingen extern krets). Med en last ansluten på samma plats visar voltmetern spänningen U. Med andra ord: utan belastning på batteripolerna matchar U och E i storlek, och när strömmen går genom den externa kretsen, U < E.

Kraft E bildar rörelsen av elektriska laddningar i en komplett krets och bestämmer dess värde I = E / (R + r).

Detta matematiska uttryck definierar Ohms lag för en komplett DC-krets. Dess verkan illustreras mer detaljerat till höger i bilden.Den visar att hela hela kretsen består av två separata strömkretsar.

Det kan också ses att inuti batteriet, även när den externa kretsbelastningen är avstängd, rör sig de laddade partiklarna (självurladdningsström) och därför uppstår onödig förbrukning av metall vid katoden. Batterienergi, på grund av inre motstånd, går åt till att värma upp och försvinna i miljön, och med tiden försvinner den helt enkelt.

Praxis visar att det inte är ekonomiskt motiverat att minska det inre motståndet r med konstruktiva metoder på grund av de kraftigt ökande kostnaderna för slutprodukten och dess ganska höga självurladdning.

Slutsatser

För att upprätthålla batteriets effektivitet bör det endast användas för det avsedda ändamålet och endast ansluta den externa kretsen under driftperioden.

Ju högre resistans den anslutna lasten har, desto längre batterilivslängd. Därför säkerställer xenonlampor med en glödtråd med lägre strömförbrukning än kvävefyllda med samma ljusflöde en längre livslängd för energikällor.

Vid lagring av galvaniska element måste strömpassagen mellan kontakterna på den externa kretsen uteslutas genom tillförlitlig isolering.

I händelse av att batteriets externa kretsresistans R avsevärt överstiger det interna värdet r, anses det vara en spänningskälla, och när det omvända förhållandet är uppfyllt är det en strömkälla.

Hur Ohms lag används för en komplett AC-krets

AC-elektriska system är de vanligaste inom elbranschen.I den här branschen når de enorma längder genom att transportera el över kraftledningar.

När överföringsledningens längd ökar, ökar dess elektriska motstånd, vilket skapar uppvärmning av ledningarna och ökar energiförlusten för överföring.

Kunskap om Ohms lag hjälpte kraftingenjörer att minska onödiga kostnader för att transportera el. För att göra detta använde de beräkningen av komponenten av strömförlusten i ledningarna.

Beräkningen baseras på värdet av den producerade aktiva effekten P = E ∙ I, som måste överföras kvalitativt till fjärranvändare och övervinna det totala motståndet:

• intern r vid generator;

• yttre R av trådar.

Storleken på EMF vid generatorterminalerna bestäms som E = I ∙ (r + R).

Effektförlusten Pp för att övervinna motståndet i hela kretsen kommer att uttryckas med formeln som visas på bilden.

Det kan ses av det att strömförbrukningen ökar i proportion till ledningarnas längd / resistans och det är möjligt att minska dem under krafttransporten genom att öka generatorns EMF eller linjespänningen. Denna metod används genom att inkludera step-up transformatorer i kretsen vid generatoränden av kraftledningen och step-down transformatorer vid mottagningspunkten för elektriska transformatorstationer.

Denna metod är dock begränsad:

• komplexiteten hos tekniska anordningar för att motverka uppkomsten av kranskärlsurladdningar;

• behovet av att distansera och isolera kraftledningar från jordens yta;

• ökning av energin hos luftledningsstrålning i rymden (utseendet på antenneffekten).

Egenskaper för Ohms lags funktion i sinusformade växelströmskretsar

Moderna användare av industriell högspänning och inhemsk trefas / enfas elektrisk kraft skapar inte bara aktiva utan också reaktiva belastningar med uttalade induktiva eller kapacitiva egenskaper. De leder till en fasförskjutning mellan vektorerna för de applicerade spänningarna och strömmarna som flyter i kretsen.

I detta fall, för den matematiska notationen av tidsfluktuationerna för övertonerna, använd komplex formoch vektorgrafik används för rumslig representation. Strömmen som överförs genom kraftledningen registreras med formeln: I = U / Z.

Den matematiska notationen av huvudkomponenterna i Ohms lag med komplexa tal tillåter programmering av algoritmerna för elektroniska enheter som används för att kontrollera och hantera komplexa tekniska processer som ständigt förekommer i kraftsystemet.

Tillsammans med komplexa tal används differentialformen för att skriva alla förhållanden. Det är bekvämt för att analysera de ledande egenskaperna hos material.

Vissa tekniska faktorer kan bryta mot Ohms lag för en komplett krets. De inkluderar:

• höga vibrationsfrekvenser när laddningsbärarnas momentum börjar påverka. De har inte tid att röra sig med förändringstakten i det elektromagnetiska fältet;

• tillstånd av supraledning för en viss klass av ämnen vid låga temperaturer;

• ökad uppvärmning av strömtrådar med elektrisk ström. när ström-spänningskarakteristiken förlorar sin linjära karaktär;

• förstörelse av isoleringsskiktet genom högspänningsurladdning;

• medium av gas eller vakuumelektronrör;

• halvledarenheter och element.