Ο νόμος του Ohm για ένα πλήρες κύκλωμα

Στην ηλεκτρική μηχανική υπάρχουν όροι: τμήμα και πλήρες κύκλωμα.

Ο ιστότοπος ονομάζεται:

• μέρος ενός ηλεκτρικού κυκλώματος μέσα σε μια πηγή ρεύματος ή τάσης.

• ολόκληρο το εξωτερικό ή εσωτερικό κύκλωμα των ηλεκτρικών στοιχείων που συνδέονται με την πηγή ή μέρος αυτής.

Ο όρος «πλήρες κύκλωμα» χρησιμοποιείται για να αναφέρεται σε ένα κύκλωμα με όλα τα κυκλώματα συναρμολογημένα, συμπεριλαμβανομένων:

• πηγές;

• χρήστες·

• καλώδια σύνδεσης.

Τέτοιοι ορισμοί βοηθούν στην καλύτερη πλοήγηση στα κυκλώματα, στην κατανόηση των χαρακτηριστικών τους, στην ανάλυση της εργασίας, στην αναζήτηση ζημιών και δυσλειτουργιών. Είναι ενσωματωμένα στον νόμο του Ohm, ο οποίος σας επιτρέπει να λύσετε τις ίδιες ερωτήσεις για να βελτιστοποιήσετε τις ηλεκτρικές διαδικασίες για τις ανθρώπινες ανάγκες.

Η θεμελιώδης έρευνα του Georg Simon Ohm ισχύει σχεδόν για όλους τμήμα του κυκλώματος ή το πλήρες σχηματικό.

Πώς λειτουργεί ο νόμος του Ohm για ένα πλήρες κύκλωμα DC

Για παράδειγμα, ας πάρουμε ένα γαλβανικό στοιχείο, το οποίο ευρέως ονομάζεται μπαταρία, με διαφορά δυναμικού U μεταξύ ανόδου και καθόδου. Συνδέουμε μια λάμπα με ένα νήμα στους ακροδέκτες της, η οποία έχει απλή αντίσταση αντίστασης R.

Ένα ρεύμα I = U / R που δημιουργείται από την κίνηση των ηλεκτρονίων στο μέταλλο θα ρέει μέσα από το νήμα. Το κύκλωμα που σχηματίζεται από τα καλώδια της μπαταρίας, τα καλώδια σύνδεσης και τη λάμπα αναφέρεται στο εξωτερικό μέρος του κυκλώματος.

Το ρεύμα θα ρέει επίσης στο εσωτερικό τμήμα μεταξύ των ηλεκτροδίων της μπαταρίας. Οι φορείς του θα είναι θετικά και αρνητικά φορτισμένα ιόντα. Τα ηλεκτρόνια θα έλκονται από την κάθοδο και τα θετικά ιόντα θα απωθούνται από αυτήν προς την άνοδο.

Με αυτόν τον τρόπο, θετικά και αρνητικά φορτία συσσωρεύονται στην κάθοδο και την άνοδο και δημιουργείται διαφορά δυναμικού μεταξύ τους.

Η πλήρης κίνηση των ιόντων στον ηλεκτρολύτη παρεμποδίζεται εσωτερική αντίσταση της μπαταρίαςσημειώνονται με «r». Περιορίζει την έξοδο ρεύματος στο εξωτερικό κύκλωμα και μειώνει την ισχύ του σε μια συγκεκριμένη τιμή.

Στο πλήρες κύκλωμα του κυκλώματος, το ρεύμα ρέει μέσα από το εσωτερικό και το εξωτερικό κύκλωμα, ξεπερνώντας τη συνολική αντίσταση R + r των δύο τμημάτων σε σειρά. Η τιμή του επηρεάζεται από τη δύναμη που εφαρμόζεται στα ηλεκτρόδια, η οποία ονομάζεται ηλεκτροκινητήρα ή EMF για συντομία και συμβολίζεται με τον δείκτη «E».

Η τιμή του μπορεί να μετρηθεί με ένα βολτόμετρο στους ακροδέκτες της μπαταρίας χωρίς φορτίο (χωρίς εξωτερικό κύκλωμα). Με ένα φορτίο συνδεδεμένο στο ίδιο σημείο, το βολτόμετρο δείχνει την τάση U. Με άλλα λόγια: χωρίς φορτίο στους ακροδέκτες της μπαταρίας, το U και το E ταιριάζουν σε μέγεθος και όταν το ρεύμα ρέει μέσω του εξωτερικού κυκλώματος, U < E.

Η δύναμη Ε σχηματίζει την κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων σε ένα πλήρες κύκλωμα και καθορίζει την τιμή της I = E / (R + r).

Αυτή η μαθηματική έκφραση ορίζει τον νόμο του Ohm για ένα πλήρες κύκλωμα συνεχούς ρεύματος. Η δράση του απεικονίζεται με περισσότερες λεπτομέρειες στη δεξιά πλευρά της εικόνας.Δείχνει ότι ολόκληρο το πλήρες κύκλωμα αποτελείται από δύο ξεχωριστά κυκλώματα ρεύματος.

Μπορεί επίσης να φανεί ότι στο εσωτερικό της μπαταρίας, ακόμη και όταν το εξωτερικό φορτίο κυκλώματος είναι απενεργοποιημένο, τα φορτισμένα σωματίδια κινούνται (ρεύμα αυτοεκφόρτισης) και επομένως εμφανίζεται περιττή κατανάλωση μετάλλου στην κάθοδο. Η ενέργεια της μπαταρίας, λόγω της εσωτερικής αντίστασης, δαπανάται για θέρμανση και διάχυση στο περιβάλλον και με την πάροδο του χρόνου απλά εξαφανίζεται.

Η πρακτική δείχνει ότι η μείωση της εσωτερικής αντίστασης r με εποικοδομητικές μεθόδους δεν δικαιολογείται οικονομικά λόγω του απότομα αυξανόμενου κόστους του τελικού προϊόντος και της μάλλον υψηλής αυτοεκφόρτισής του.

συμπεράσματα

Για να διατηρηθεί η απόδοση της μπαταρίας, θα πρέπει να χρησιμοποιείται μόνο για τον προορισμό της, συνδέοντας το εξωτερικό κύκλωμα αποκλειστικά για την περίοδο λειτουργίας.

Όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση του συνδεδεμένου φορτίου, τόσο μεγαλύτερη είναι η διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Επομένως, οι λαμπτήρες xenon με νήμα πυρακτώσεως με χαμηλότερη κατανάλωση ρεύματος από τους λαμπτήρες αζώτου με την ίδια φωτεινή ροή εξασφαλίζουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής των πηγών ενέργειας.

Κατά την αποθήκευση γαλβανικών στοιχείων, η διέλευση ρεύματος μεταξύ των επαφών του εξωτερικού κυκλώματος πρέπει να αποκλείεται με αξιόπιστη απομόνωση.

Σε περίπτωση που η αντίσταση εξωτερικού κυκλώματος R της μπαταρίας υπερβαίνει σημαντικά την εσωτερική τιμή r, θεωρείται πηγή τάσης και όταν εκπληρωθεί η αντίστροφη σχέση, είναι πηγή ρεύματος.

Πώς χρησιμοποιείται ο νόμος του Ohm για ένα πλήρες κύκλωμα AC

Τα ηλεκτρικά συστήματα AC είναι τα πιο κοινά στην ηλεκτρική βιομηχανία.Σε αυτόν τον κλάδο, φτάνουν σε τεράστια μήκη μεταφέροντας ηλεκτρική ενέργεια μέσω ηλεκτροφόρων γραμμών.

Καθώς το μήκος της γραμμής μεταφοράς αυξάνεται, η ηλεκτρική αντίστασή της αυξάνεται, γεγονός που δημιουργεί θέρμανση των καλωδίων και αυξάνει την απώλεια ενέργειας για μετάδοση.

Η γνώση του νόμου του Ohm βοήθησε τους μηχανικούς ηλεκτρικής ενέργειας να μειώσουν το περιττό κόστος μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Για να γίνει αυτό, χρησιμοποίησαν τον υπολογισμό της συνιστώσας της απώλειας ισχύος στα καλώδια.

Ο υπολογισμός βασίζεται στην τιμή της παραγόμενης ενεργού ισχύος P = E ∙ I, η οποία πρέπει να μεταφερθεί ποιοτικά σε απομακρυσμένους καταναλωτές και να ξεπεραστεί η συνολική αντίσταση:

• εσωτερικό r στη γεννήτρια.

• εξωτερικό R των συρμάτων.

Το μέγεθος του EMF στους ακροδέκτες της γεννήτριας προσδιορίζεται ως E = I ∙ (r + R).

Η απώλεια ισχύος Pp για να ξεπεραστεί η αντίσταση του πλήρους κυκλώματος θα εκφραστεί με τον τύπο που φαίνεται στην εικόνα.

Μπορεί να φανεί από αυτό ότι η κατανάλωση ρεύματος αυξάνεται αναλογικά με το μήκος / αντίσταση των καλωδίων και είναι δυνατό να μειωθούν κατά τη μεταφορά ισχύος αυξάνοντας το EMF της γεννήτριας ή την τάση γραμμής. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται με τη συμπερίληψη μετασχηματιστών ανόδου στο κύκλωμα στο άκρο της γεννήτριας της γραμμής ισχύος και μετασχηματιστών υποβάθμισης στο σημείο λήψης ηλεκτρικών υποσταθμών.

Ωστόσο, αυτή η μέθοδος είναι περιορισμένη:

• την πολυπλοκότητα των τεχνικών συσκευών για την αντιμετώπιση της εμφάνισης στεφανιαίων εκκρίσεων·

• την ανάγκη απομάκρυνσης και απομόνωσης των γραμμών ηλεκτρικής ενέργειας από την επιφάνεια της γης·

• αύξηση της ενέργειας της ακτινοβολίας της γραμμής αέρα στο διάστημα (εμφάνιση του φαινομένου της κεραίας).

Χαρακτηριστικά της λειτουργίας του νόμου του Ohm σε κυκλώματα ημιτονοειδούς εναλλασσόμενου ρεύματος

Οι σύγχρονοι χρήστες βιομηχανικής υψηλής τάσης και οικιακής τριφασικής / μονοφασικής ηλεκτρικής ενέργειας δημιουργούν όχι μόνο ενεργά, αλλά και αντιδραστικά φορτία με έντονα επαγωγικά ή χωρητικά χαρακτηριστικά. Οδηγούν σε μια μετατόπιση φάσης μεταξύ των διανυσμάτων των εφαρμοζόμενων τάσεων και των ρευμάτων που ρέουν στο κύκλωμα.

Στην περίπτωση αυτή, για τη μαθηματική σημειογραφία των χρονικών διακυμάνσεων των αρμονικών, χρησιμοποιήστε σύνθετη μορφήκαι διανυσματικά γραφικά χρησιμοποιούνται για χωρική αναπαράσταση. Το ρεύμα που μεταδίδεται μέσω της γραμμής ισχύος καταγράφεται με τον τύπο: I = U / Z.

Η μαθηματική σημειογραφία των κύριων στοιχείων του νόμου του Ohm με μιγαδικούς αριθμούς επιτρέπει τον προγραμματισμό των αλγορίθμων ηλεκτρονικών συσκευών που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο και τη διαχείριση πολύπλοκων τεχνολογικών διεργασιών που συμβαίνουν συνεχώς στο σύστημα ισχύος.

Μαζί με τους μιγαδικούς αριθμούς, χρησιμοποιείται η διαφορική μορφή γραφής όλων των αναλογιών. Είναι βολικό για την ανάλυση των αγώγιμων ιδιοτήτων των υλικών.

Ορισμένοι τεχνικοί παράγοντες μπορεί να παραβιάζουν τον νόμο του Ohm για ένα πλήρες κύκλωμα. Περιλαμβάνουν:

• υψηλές συχνότητες δόνησης όταν η ορμή των φορέων φορτίου αρχίζει να επηρεάζει. Δεν έχουν χρόνο να κινηθούν με τον ρυθμό των αλλαγών στο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο.

• καταστάσεις υπεραγωγιμότητας μιας συγκεκριμένης κατηγορίας ουσιών σε χαμηλές θερμοκρασίες.

• αυξημένη θέρμανση των συρμάτων ρεύματος με ηλεκτρικό ρεύμα. όταν το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης χάνει τον γραμμικό του χαρακτήρα.

• καταστροφή του μονωτικού στρώματος από εκκένωση υψηλής τάσης.

• μέσο σωλήνων ηλεκτρονίων αερίου ή κενού.

• συσκευές και στοιχεία ημιαγωγών.