Ο νόμος του Ohm για ένα τμήμα ενός κυκλώματος
Ο βασικός νόμος της ηλεκτρικής μηχανικής που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για να μελετήσετε και να υπολογίσετε τα ηλεκτρικά κυκλώματα είναι ο νόμος του Ohm, ο οποίος καθιερώνει τη σχέση μεταξύ ρεύματος, τάσης και αντίστασης. Είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε ξεκάθαρα την ουσία του και να μπορέσουμε να το χρησιμοποιήσουμε σωστά στην επίλυση πρακτικών προβλημάτων. Συχνά γίνονται λάθη στην ηλεκτρική μηχανική λόγω της αδυναμίας να εφαρμοστεί σωστά ο νόμος του Ohm.
Ο νόμος του Ohm για ένα τμήμα του κυκλώματος λέει: το ρεύμα είναι ευθέως ανάλογο με την τάση και αντιστρόφως ανάλογο με την αντίσταση.
Εάν η τάση που ενεργεί σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα αυξηθεί πολλές φορές, το ρεύμα σε αυτό το κύκλωμα θα αυξηθεί κατά το ίδιο ποσό. Και αν αυξήσετε την αντίσταση του κυκλώματος αρκετές φορές, το ρεύμα θα μειωθεί κατά το ίδιο ποσό. Με τον ίδιο τρόπο, η ροή του νερού στον σωλήνα είναι τόσο μεγαλύτερη, τόσο ισχυρότερη είναι η πίεση και τόσο μικρότερη είναι η αντίσταση του σωλήνα στην κίνηση του νερού.
Σε μια δημοφιλή μορφή, αυτός ο νόμος μπορεί να διατυπωθεί ως εξής: όσο υψηλότερη είναι η τάση για την ίδια αντίσταση, τόσο υψηλότερο είναι το ρεύμα και ταυτόχρονα, όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση για την ίδια τάση, τόσο χαμηλότερη είναι η ένταση του ρεύματος.
Για να εκφράσουμε μαθηματικά τον νόμο του Ohm με τον απλούστερο δυνατό τρόπο, η αντίσταση ενός σύρματος που φέρει ρεύμα 1 A σε τάση 1 V θεωρείται ότι είναι 1 Ohm.
Το ρεύμα σε αμπέρ μπορεί πάντα να προσδιοριστεί διαιρώντας την τάση σε βολτ με την αντίσταση σε ohms. Επομένως, ο νόμος του Ohm για ένα τμήμα ενός κυκλώματος γράφεται με τον ακόλουθο τύπο:
I = U / R.
Μαγικό τρίγωνο
Οποιοδήποτε τμήμα ή στοιχείο ενός ηλεκτρικού κυκλώματος μπορεί να χαρακτηριστεί από τρία χαρακτηριστικά: ρεύμα, τάση και αντίσταση.
Πώς να χρησιμοποιήσετε το τρίγωνο του Ohm: κλείνουμε την απαιτούμενη τιμή — δύο άλλα σύμβολα θα δώσουν τον τύπο για τον υπολογισμό του. Παρεμπιπτόντως, μόνο ένας τύπος από το τρίγωνο ονομάζεται νόμος του Ohm - αυτός που αντανακλά την εξάρτηση του ρεύματος από την τάση και την αντίσταση. Οι άλλοι δύο τύποι, αν και είναι συνέπειές του, δεν έχουν φυσικό νόημα.
Οι υπολογισμοί που γίνονται χρησιμοποιώντας το νόμο του Ohm για ένα τμήμα του κυκλώματος θα είναι σωστοί όταν η τάση είναι σε βολτ, η αντίσταση σε ωμ και το ρεύμα είναι σε αμπέρ. Εάν χρησιμοποιούνται πολλές μονάδες αυτών των ποσοτήτων (π.χ. milliamps, millivolt, megohms κ.λπ.), πρέπει να μετατραπούν σε αμπέρ, βολτ και ωμ, αντίστοιχα. Για να τονιστεί αυτό, ο τύπος του νόμου του Ohm για ένα τμήμα ενός κυκλώματος μερικές φορές γράφεται ως εξής:
ενισχυτής = βολτ / ωμ
Μπορείτε επίσης να υπολογίσετε το ρεύμα σε milliamps και microamps, ενώ η τάση πρέπει να εκφράζεται σε volt και η αντίσταση σε kilohms και megohms, αντίστοιχα.
Άλλα άρθρα σχετικά με την ηλεκτρική ενέργεια με απλό και προσιτό τρόπο:
Τι είναι η τάση, το ρεύμα και η αντίσταση: πώς χρησιμοποιούνται στην πράξη
Το πώς η αντίσταση εξαρτάται από τη θερμοκρασία
Πηγές EMF και ρεύμα: κύρια χαρακτηριστικά και διαφορές
Τι είναι η παροχή ηλεκτρικού ρεύματος;
Ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο — Ποια είναι η διαφορά;
Ο νόμος του Ohm ισχύει για κάθε τμήμα του κυκλώματος. Εάν είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί το ρεύμα σε ένα δεδομένο τμήμα του κυκλώματος, τότε είναι απαραίτητο να διαιρεθεί η τάση που ενεργεί σε αυτό το τμήμα (Εικ. 1) με την αντίσταση αυτού του τμήματος.
Εικόνα 1. Εφαρμογή του νόμου του Ohm σε ένα τμήμα του κυκλώματος
Ας δώσουμε ένα παράδειγμα υπολογισμού του ρεύματος σύμφωνα με το νόμο του Ohm... Ας απαιτείται ο προσδιορισμός του ρεύματος σε μια λάμπα με αντίσταση 2,5 ohms, εάν η τάση που εφαρμόζεται στη λάμπα είναι 5 V. Διαίρεση 5 V με 2,5 ohms, παίρνουμε μια τιμή ρεύματος ίση με 2 A. Στο δεύτερο παράδειγμα, προσδιορίζουμε το ρεύμα που θα ρέει υπό την επίδραση τάσης 500 V σε ένα κύκλωμα του οποίου η αντίσταση είναι 0,5 MΩ. Για να γίνει αυτό, εκφράζουμε την αντίσταση σε ohms. Διαιρώντας 500 V με 500.000 ohms, βρίσκουμε το ρεύμα στο κύκλωμα, το οποίο είναι 0,001 A ή 1 mA.
Συχνά, γνωρίζοντας το ρεύμα και την αντίσταση, η τάση προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας το νόμο του Ohm. Ας γράψουμε τον τύπο για τον προσδιορισμό της τάσης
U = IR
Αυτός ο τύπος δείχνει ότι η τάση στα άκρα ενός δεδομένου τμήματος του κυκλώματος είναι ευθέως ανάλογη με το ρεύμα και την αντίσταση... Το νόημα αυτής της εξάρτησης δεν είναι δύσκολο να κατανοηθεί.Εάν η αντίσταση του τμήματος του κυκλώματος δεν αλλάξει, το ρεύμα μπορεί να αυξηθεί μόνο με αύξηση της τάσης. Αυτό σημαίνει ότι σε σταθερή αντίσταση, μεγαλύτερο ρεύμα αντιστοιχεί σε μεγαλύτερη τάση. Εάν είναι απαραίτητο να ληφθεί το ίδιο ρεύμα σε διαφορετικές αντιστάσεις, τότε με υψηλότερη αντίσταση πρέπει να υπάρχει αντίστοιχα υψηλότερη τάση.
Η τάση σε ένα τμήμα ενός κυκλώματος αναφέρεται συχνά ως πτώση τάσης… Αυτό συχνά οδηγεί σε παρεξηγήσεις. Πολλοί άνθρωποι πιστεύουν ότι η πτώση τάσης είναι κάποια χαμένη περιττή τάση. Στην πραγματικότητα, οι έννοιες της τάσης και της πτώσης τάσης είναι ισοδύναμες. Απώλειες και πτώσεις τάσης — Ποια είναι η διαφορά;
Η πτώση τάσης είναι η σταδιακή πτώση του δυναμικού σε ένα κύκλωμα μεταφοράς ρεύματος λόγω του γεγονότος ότι το κύκλωμα έχει ενεργή αντίσταση. Σύμφωνα με το νόμο του Ohm, η πτώση τάσης σε κάθε τμήμα του κυκλώματος U είναι ίση με το γινόμενο της αντίστασης αυτού του τμήματος του κυκλώματος R από το ρεύμα σε αυτό I, δηλ. U — RI. Έτσι, όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση ενός τμήματος του κυκλώματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η πτώση τάσης σε αυτό το τμήμα του κυκλώματος για ένα δεδομένο ρεύμα.
Ο υπολογισμός της τάσης του νόμου του Ohm μπορεί να παρουσιαστεί στο ακόλουθο παράδειγμα. Αφήστε ένα ρεύμα 5 mA να περάσει μέσα από ένα τμήμα του κυκλώματος με αντίσταση 10 kOhm και είναι απαραίτητο να προσδιορίσετε την τάση σε αυτό το τμήμα.
Πολλαπλασιάζοντας A = 0,005 A σε R — 10000 Ω, παίρνουμε τάση ίση με 50 V. Το ίδιο αποτέλεσμα μπορεί να ληφθεί πολλαπλασιάζοντας 5 mA επί 10 kΩ: U = 50 in
Στις ηλεκτρονικές συσκευές, το ρεύμα εκφράζεται συνήθως σε milliamperes και η αντίσταση σε kiloohms.Επομένως, είναι βολικό να χρησιμοποιείτε ακριβώς αυτές τις μονάδες μέτρησης στους υπολογισμούς σύμφωνα με το νόμο του Ohm.
Ο νόμος του Ohm υπολογίζει επίσης την αντίσταση εάν η τάση και το ρεύμα είναι γνωστά. Ο τύπος για αυτήν την περίπτωση γράφεται ως εξής: R = U / I.
Η αντίσταση είναι πάντα ο λόγος της τάσης προς το ρεύμα. Εάν η τάση αυξηθεί ή μειωθεί αρκετές φορές, το ρεύμα θα αυξηθεί ή θα μειωθεί κατά τον ίδιο αριθμό φορών. Ο λόγος τάσης-ρεύματος ίσος με την αντίσταση παραμένει αμετάβλητος.
Ο τύπος για τον προσδιορισμό της αντίστασης δεν πρέπει να κατανοηθεί ότι σημαίνει ότι η αντίσταση ενός δεδομένου αγωγού εξαρτάται από το ρεύμα και την τάση. Είναι γνωστό ότι εξαρτάται από το μήκος, την περιοχή διατομής και το υλικό του σύρματος. Στην εμφάνιση, ο τύπος για τον προσδιορισμό της αντίστασης μοιάζει με τον τύπο για τον υπολογισμό του ρεύματος, αλλά υπάρχει μια θεμελιώδης διαφορά μεταξύ τους.
Το ρεύμα σε ένα δεδομένο τμήμα του κυκλώματος εξαρτάται πραγματικά από την τάση και την αντίσταση και αλλάζει καθώς αλλάζουν. Και η αντίσταση αυτού του τμήματος του κυκλώματος είναι μια σταθερή τιμή που δεν εξαρτάται από αλλαγές στην τάση και το ρεύμα, αλλά είναι ίση με την αναλογία αυτών των τιμών.
Όταν το ίδιο ρεύμα ρέει σε δύο τμήματα του κυκλώματος και οι τάσεις που εφαρμόζονται σε αυτά είναι διαφορετικές, είναι σαφές ότι το τμήμα στο οποίο εφαρμόζεται η μεγαλύτερη τάση έχει αντίστοιχα μεγαλύτερη αντίσταση.
Και αν, υπό τη δράση της ίδιας τάσης, ρέει διαφορετικό ρεύμα σε δύο διαφορετικά τμήματα του κυκλώματος, τότε σε αυτό το τμήμα θα υπάρχει πάντα ένα μικρότερο ρεύμα, το οποίο έχει μεγαλύτερη αντίσταση.Όλα αυτά προκύπτουν από τη βασική διατύπωση του νόμου του Ohm για ένα τμήμα ενός κυκλώματος, δηλαδή από το γεγονός ότι όσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση και τόσο μικρότερη η αντίσταση.
Ο υπολογισμός της αντίστασης με χρήση του νόμου του Ohm για μια τομή ενός κυκλώματος θα παρουσιαστεί στο ακόλουθο παράδειγμα: Ας απαιτείται να βρεθεί η αντίσταση του τμήματος μέσω του οποίου ρέει ρεύμα 50 mA σε τάση 40 V. Εκφράζοντας το ρεύμα σε αμπέρ, παίρνουμε I = 0,05 A. Διαιρέστε το 40 με 0,05 και βρείτε ότι η αντίσταση είναι 800 ohms.
Ο νόμος του Ohm μπορεί να απεικονιστεί με τη μορφή του λεγόμενου χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης... Όπως γνωρίζετε, η άμεσα ανάλογη σχέση μεταξύ δύο μεγεθών είναι μια ευθεία γραμμή που διέρχεται από την αρχή. Αυτή η εξάρτηση συνήθως ονομάζεται γραμμική.
Στο σχ. 2 φαίνεται ως παράδειγμα γραφήματος του νόμου του Ohm για ένα τμήμα κυκλώματος με αντίσταση 100 ohms. Ο οριζόντιος άξονας είναι η τάση σε βολτ και ο κατακόρυφος είναι το ρεύμα σε αμπέρ. Η κλίμακα ρεύματος και τάσης μπορεί να επιλεγεί όπως επιθυμείτε. Τραβιέται μια ευθεία γραμμή έτσι ώστε για κάθε σημείο της η αναλογία τάσης προς ρεύμα να είναι 100 ohms. Για παράδειγμα, αν U = 50 V, τότε I = 0,5 A και R = 50: 0,5 = 100 ohms.
Ρύζι. 2… Νόμος του Ohm (Χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης)
Το γράφημα του νόμου του Ohm για τις αρνητικές τιμές του ρεύματος και της τάσης είναι το ίδιο. Αυτό σημαίνει ότι το ρεύμα στο κύκλωμα ρέει με τον ίδιο τρόπο και προς τις δύο κατευθύνσεις. Όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση, τόσο λιγότερο ρεύμα λαμβάνεται σε μια δεδομένη τάση και τόσο πιο προσεκτικά κινείται η ευθεία γραμμή.
Οι συσκευές στις οποίες το χαρακτηριστικό ρεύμα-τάση είναι μια ευθεία γραμμή που διέρχεται από το σημείο εκκίνησης, δηλαδή η αντίσταση παραμένει σταθερή όταν αλλάζει η τάση ή το ρεύμα, ονομάζονται γραμμικές συσκευές... Χρησιμοποιούνται και οι όροι γραμμικά κυκλώματα, γραμμικές αντιστάσεις.
Υπάρχουν επίσης συσκευές στις οποίες η αντίσταση αλλάζει όταν αλλάζει η τάση ή το ρεύμα. Τότε η σχέση μεταξύ ρεύματος και τάσης εκφράζεται όχι σύμφωνα με το νόμο του Ohm, αλλά με πιο περίπλοκο τρόπο. Για τέτοιες συσκευές το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης δεν θα είναι μια ευθεία γραμμή που διέρχεται από το σημείο εκκίνησης, αλλά είναι είτε καμπύλη είτε διακεκομμένη γραμμή. Αυτές οι συσκευές ονομάζονται μη γραμμικές.
Δείτε επίσης για αυτό το θέμα: Εφαρμογή του νόμου του Ohm στην πράξη
