Βασικά ηλεκτρικά μεγέθη: φορτίο, τάση, ρεύμα, ισχύς, αντίσταση

Βασικά ηλεκτρικά μεγέθη: ρεύμα, τάση, αντίσταση και ισχύς.

Φόρτιση

Το πιο σημαντικό φυσικό φαινόμενο στα ηλεκτρικά κυκλώματα είναι η κίνηση ηλεκτρικό φορτίο… Υπάρχουν δύο είδη φορτίων στη φύση — θετικά και αρνητικά. Όπως τα φορτία προσελκύουν, όπως τα φορτία απωθούν. Αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι υπάρχει μια τάση ομαδοποίησης θετικών φορτίων με αρνητικά σε ίσα ποσά.

Ένα άτομο αποτελείται από έναν θετικά φορτισμένο πυρήνα που περιβάλλεται από ένα νέφος αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων. Το συνολικό αρνητικό φορτίο σε απόλυτη τιμή ισούται με το θετικό φορτίο του πυρήνα. Επομένως, το άτομο έχει μηδενικό συνολικό φορτίο, λέγεται επίσης ότι είναι ηλεκτρικά ουδέτερο.

Σε υλικά που χωράνε ηλεκτρική ενέργεια, ορισμένα ηλεκτρόνια διαχωρίζονται από τα άτομα και έχουν την ικανότητα να κινούνται σε ένα αγώγιμο υλικό. Αυτά τα ηλεκτρόνια ονομάζονται κινητά φορτία ή φορείς φορτίου.

Δεδομένου ότι κάθε άτομο στην αρχική κατάσταση είναι ουδέτερο, μετά τον διαχωρισμό του αρνητικά φορτισμένου ηλεκτρονίου, μετατρέπεται σε θετικά φορτισμένο ιόν.Τα θετικά ιόντα δεν μπορούν να κινηθούν ελεύθερα και να σχηματίσουν ένα σύστημα σταθερών, σταθερών φορτίων (βλ. Ποιες ουσίες άγουν τον ηλεκτρισμό).

Σε ημιαγωγούςΑποτελώντας μια σημαντική κατηγορία υλικών, τα κινητά ηλεκτρόνια μπορούν να κινηθούν με δύο τρόπους: ή τα ηλεκτρόνια απλώς συμπεριφέρονται ως αρνητικά φορτισμένοι φορείς. Ή μια πολύπλοκη συλλογή πολλών ηλεκτρονίων κινείται με τέτοιο τρόπο σαν να υπήρχαν θετικά φορτισμένοι κινητοί φορείς στο υλικό. Οι πάγιες χρεώσεις μπορεί να είναι οποιουδήποτε χαρακτήρα.

Τα αγώγιμα υλικά μπορούν να θεωρηθούν ως υλικά που περιέχουν κινητούς φορείς φορτίου (που μπορεί να έχουν ένα από τα δύο σημάδια) και σταθερά φορτία αντίθετης πολικότητας.

Υπάρχουν επίσης υλικά που ονομάζονται μονωτές και δεν μεταφέρουν ηλεκτρισμό. Όλες οι χρεώσεις στον μονωτήρα είναι σταθερές. Παραδείγματα μονωτών είναι ο αέρας, η μαρμαρυγία, το γυαλί, τα λεπτά στρώματα οξειδίων που σχηματίζονται στις επιφάνειες πολλών μετάλλων και, φυσικά, το κενό (στο οποίο δεν υπάρχουν καθόλου φορτία).

Το φορτίο μετριέται σε κουλόμπ (C) και συνήθως συμβολίζεται με Q.

Η ποσότητα φορτίου ή η ποσότητα αρνητικού ηλεκτρισμού ανά ηλεκτρόνιο έχει καθοριστεί μέσω πολυάριθμων πειραμάτων και βρέθηκε ότι είναι 1.601 × 10-19 CL ή 4.803 x 10-10 ηλεκτροστατικά φορτία.

Κάποια ιδέα για τον αριθμό των ηλεκτρονίων που ρέουν μέσα από ένα σύρμα ακόμη και σε σχετικά χαμηλά ρεύματα μπορεί να ληφθεί ως εξής. Εφόσον το φορτίο του ηλεκτρονίου είναι 1.601 • 10-19 CL, τότε ο αριθμός των ηλεκτρονίων που δημιουργούν φορτίο ίσο με το κουλόμπ είναι το αντίστροφο του δεδομένου, δηλαδή είναι περίπου ίσο με 6 • 1018.

Ένα ρεύμα 1 Α αντιστοιχεί σε ροή 1 C ανά δευτερόλεπτο και με ρεύμα μόνο 1 μmka (10-12 A) διαμέσου της διατομής του σύρματος, περίπου 6 εκατομμύρια ηλεκτρόνια ανά δευτερόλεπτο.Τα ρεύματα τέτοιου μεγέθους είναι ταυτόχρονα τόσο μικρά που η ανίχνευση και η μέτρησή τους συνδέονται με σημαντικές πειραματικές δυσκολίες.

Το φορτίο ενός θετικού ιόντος είναι ένα ακέραιο πολλαπλάσιο του φορτίου ενός ηλεκτρονίου, αλλά έχει το αντίθετο πρόσημο. Για τα σωματίδια που ιονίζονται μεμονωμένα, το φορτίο αποδεικνύεται ότι είναι ίσο με το φορτίο του ηλεκτρονίου.

Η πυκνότητα του πυρήνα είναι πολύ μεγαλύτερη από την πυκνότητα του ηλεκτρονίου.Το μεγαλύτερο μέρος του όγκου που καταλαμβάνει το άτομο ως σύνολο είναι κενό.

Η έννοια των ηλεκτρικών φαινομένων

Τρίβοντας δύο διαφορετικά σώματα μεταξύ τους, καθώς και με επαγωγή, μπορούν να δοθούν στα σώματα ειδικές ιδιότητες — ηλεκτρικές. Τέτοια σώματα ονομάζονται ηλεκτρισμένα.

Τα φαινόμενα που σχετίζονται με την αλληλεπίδραση ηλεκτρισμένων σωμάτων ονομάζονται ηλεκτρικά φαινόμενα.

Η αλληλεπίδραση μεταξύ ηλεκτρισμένων σωμάτων καθορίζεται από το λεγόμενο Ηλεκτρικές δυνάμεις που διαφέρουν από δυνάμεις άλλης φύσης στο ότι προκαλούν τα φορτισμένα σώματα να απωθούνται και να ελκύουν το ένα το άλλο, ανεξάρτητα από την ταχύτητα της κίνησής τους.

Με αυτόν τον τρόπο, η αλληλεπίδραση μεταξύ φορτισμένων σωμάτων διαφέρει, για παράδειγμα, από τη βαρυτική, η οποία χαρακτηρίζεται μόνο από την έλξη των σωμάτων ή από τις δυνάμεις μαγνητικής προέλευσης, που εξαρτώνται από τη σχετική ταχύτητα κίνησης των φορτίων, προκαλώντας μαγνητική πρωτοφανής.

Η Ηλεκτρολογία μελετά κυρίως τους νόμους της εξωτερικής εκδήλωσης των ιδιοτήτων ηλεκτρισμένα σώματα — νόμοι των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων.

Τάση

Λόγω της ισχυρής έλξης μεταξύ των αντίθετων φορτίων, τα περισσότερα υλικά είναι ηλεκτρικά ουδέτερα. Χρειάζεται ενέργεια για να διαχωριστούν τα θετικά και τα αρνητικά φορτία.

Στο σχ. Το σχήμα 1 δείχνει δύο αγώγιμες, αρχικά αφόρτιστες πλάκες που απέχουν μεταξύ τους σε απόσταση d.Υποτίθεται ότι ο χώρος μεταξύ των πλακών είναι γεμάτος με μονωτικό, όπως αέρας, ή ότι βρίσκονται σε κενό.

Ρύζι. 1. Δύο αγώγιμες, αρχικά αφόρτιστες πλάκες: α — οι πλάκες είναι ηλεκτρικά ουδέτερες. β — φορτίο -Q μεταφέρεται στην κάτω πλάκα (υπάρχει διαφορά δυναμικού και ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ των πλακών).

Στο σχ. 1, και οι δύο πλάκες είναι ουδέτερες και το συνολικό μηδενικό φορτίο στην επάνω πλάκα μπορεί να αντιπροσωπεύεται από το άθροισμα των φορτίων +Q και -Q. Στο σχ. 1β, το φορτίο -Q μεταφέρεται από την επάνω πλάκα στην κάτω πλάκα. Αν στο σχ. 1β, συνδέουμε τις πλάκες με ένα σύρμα, τότε οι δυνάμεις έλξης των αντίθετων φορτίων θα αναγκάσουν το φορτίο να μεταφερθεί γρήγορα πίσω και θα επιστρέψουμε στην κατάσταση που φαίνεται στο σχ. 1, α. Τα θετικά φορτία θα μετακινούνταν στην αρνητικά φορτισμένη πλάκα και τα αρνητικά στη θετικά φορτισμένη πλάκα.

Λέμε ότι μεταξύ των φορτισμένων πλακών που φαίνονται στο Σχ. 1b, υπάρχει μια διαφορά δυναμικού και ότι στην θετικά φορτισμένη άνω πλάκα το δυναμικό είναι υψηλότερο από ότι στην αρνητικά φορτισμένη κάτω πλάκα. Γενικά, υπάρχει μια διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων εάν η αγωγιμότητα μεταξύ αυτών των σημείων έχει ως αποτέλεσμα τη μεταφορά φορτίου.

Τα θετικά φορτία μετακινούνται από ένα σημείο υψηλού δυναμικού σε ένα σημείο χαμηλού δυναμικού, η κατεύθυνση κίνησης των αρνητικών φορτίων είναι αντίθετη — από ένα σημείο χαμηλού δυναμικού σε ένα σημείο υψηλού δυναμικού.

Η μονάδα μέτρησης της διαφοράς δυναμικού είναι το βολτ (V). Η διαφορά δυναμικού ονομάζεται τάση και συνήθως συμβολίζεται με το γράμμα U.

Για να ποσοτικοποιηθεί η τάση μεταξύ δύο σημείων, χρησιμοποιείται η έννοια ηλεκτρικό πεδίο… Στην περίπτωση που φαίνεται στο σχ.1β, υπάρχει ένα ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ των πλακών που κατευθύνεται από την περιοχή υψηλότερου δυναμικού (από τη θετική πλάκα) στην περιοχή χαμηλότερου δυναμικού (προς την αρνητική πλάκα).

Η ισχύς αυτού του πεδίου, εκφρασμένη σε βολτ ανά μέτρο, είναι ανάλογη με το φορτίο στις πλάκες και μπορεί να υπολογιστεί από τους νόμους της φυσικής εάν είναι γνωστή η κατανομή των φορτίων. Η σχέση μεταξύ του μεγέθους του ηλεκτρικού πεδίου και της τάσης U μεταξύ των πλακών έχει τη μορφή U = E NS e (volt = volt / μέτρο x μέτρο).

Έτσι, η μετάβαση από ένα χαμηλότερο δυναμικό σε ένα υψηλότερο αντιστοιχεί στην κίνηση αντίθετα προς την κατεύθυνση του πεδίου. είναι απαραίτητο να χρησιμοποιείται επανειλημμένα η εξίσωση U = E NS e.

Το διάστημα μεταξύ των σημείων που μας ενδιαφέρουν χωρίζεται σε πολλά τμήματα, καθένα από τα οποία είναι αρκετά μικρό ώστε το πεδίο να είναι ομοιόμορφο σε αυτό. Στη συνέχεια, η εξίσωση εφαρμόζεται διαδοχικά σε κάθε τμήμα U = E NS e και αθροίζονται οι διαφορές δυναμικού για κάθε τμήμα. Έτσι, για οποιαδήποτε κατανομή φορτίων και ηλεκτρικών πεδίων, μπορείτε να βρείτε τη διαφορά δυναμικού μεταξύ οποιωνδήποτε δύο σημείων.

Κατά τον προσδιορισμό της διαφοράς δυναμικού, είναι απαραίτητο να υποδεικνύεται όχι μόνο το μέγεθος της τάσης μεταξύ δύο σημείων, αλλά και ποιο σημείο έχει το υψηλότερο δυναμικό. Ωστόσο, σε ηλεκτρικά κυκλώματα που περιέχουν πολλά διαφορετικά στοιχεία, δεν είναι πάντα δυνατό να προσδιοριστεί εκ των προτέρων ποιο σημείο έχει το υψηλότερο δυναμικό. Για να αποφευχθεί η σύγχυση, είναι απαραίτητο να αποδεχτείτε την προϋπόθεση για τα σημάδια (Εικ. 2).

Ρύζι. 2… Προσδιορισμός πολικότητας τάσης (η τάση μπορεί να είναι θετική ή αρνητική).

Ένα στοιχείο διπολικού κυκλώματος αντιπροσωπεύεται από ένα κουτί εξοπλισμένο με δύο ακροδέκτες (Εικ. 2, α). Οι γραμμές που οδηγούν από το κουτί στους ακροδέκτες θεωρούνται ιδανικοί αγωγοί ηλεκτρικού ρεύματος. Το ένα τερματικό σημειώνεται με ένα σύμβολο συν, το άλλο με ένα σύμβολο μείον. Αυτοί οι χαρακτήρες καθορίζουν τη σχετική πολικότητα. Τάση U στο σχ. 2, και προσδιορίζεται από τη συνθήκη U = (δυναμικό ακροδέκτη «+») — (δυναμικό ακροδέκτη «-«).

Στο σχ. 2b, οι φορτισμένες πλάκες συνδέονται στους ακροδέκτες έτσι ώστε ο ακροδέκτης «+» να συνδέεται με την πλάκα με υψηλότερο δυναμικό. Εδώ η τάση U είναι ένας θετικός αριθμός. Στο σχ. 2, ο ακροδέκτης «+» συνδέεται με την κάτω πλάκα δυναμικού. Ως αποτέλεσμα, έχουμε αρνητική τάση.

Είναι σημαντικό να θυμάστε την αλγεβρική μορφή αναπαράστασης του στρες. Μόλις προσδιοριστεί η πολικότητα, μια θετική τάση σημαίνει ότι ο ακροδέκτης «+» έχει ένα (υψηλότερο δυναμικό) και μια αρνητική τάση σημαίνει ότι ο ακροδέκτης «-» έχει υψηλότερο δυναμικό.

Ρεύμα

Σημειώθηκε παραπάνω ότι οι φορείς θετικού φορτίου μετακινούνται από την περιοχή υψηλού δυναμικού στην περιοχή χαμηλού δυναμικού, ενώ οι φορείς αρνητικού φορτίου μετακινούνται από την περιοχή χαμηλού δυναμικού στην περιοχή υψηλού δυναμικού. Οποιαδήποτε μεταφορά τελών σημαίνει λήξη ηλεκτρική ενέργεια.

Στο σχ. Το 3 δείχνει μερικές απλές περιπτώσεις ροής ηλεκτρικού ρεύματος, η επιφάνεια επιλέγεται C και φαίνεται η πλασματική θετική κατεύθυνση. Εάν με την πάροδο του χρόνου dt μέσω του τμήματος S, το συνολικό φορτίο Q θα περάσει στην επιλεγμένη κατεύθυνση, τότε το ρεύμα I έως S θα είναι ίσο με I = dV/dT. Η μονάδα μέτρησης του ρεύματος είναι το αμπέρ (Α) (1A = 1C / s).

Ρύζι. 3… Η σχέση μεταξύ της κατεύθυνσης του ρεύματος και της κατεύθυνσης ροής των φορτίων κινητής τηλεφωνίας.Το ρεύμα είναι θετικό (α και β) εάν η προκύπτουσα ροή θετικών φορτίων μέσω κάποιας επιφάνειας C συμπίπτει με την επιλεγμένη κατεύθυνση. Το ρεύμα είναι αρνητικό (b και d) εάν η προκύπτουσα ροή θετικών φορτίων στην επιφάνεια είναι αντίθετη από την επιλεγμένη κατεύθυνση.

Συχνά προκύπτουν δυσκολίες στον προσδιορισμό του σημείου της τρέχουσας Iz. Εάν οι κινητοί φορείς φορτίου είναι θετικοί, τότε το θετικό ρεύμα περιγράφει την πραγματική κίνηση των κινητών φορέων προς την επιλεγμένη κατεύθυνση, ενώ το αρνητικό ρεύμα περιγράφει τη ροή των κινητών φορέων φορτίου αντίθετη από την επιλεγμένη κατεύθυνση.

Εάν οι πάροχοι κινητής τηλεφωνίας είναι αρνητικοί, πρέπει να είστε προσεκτικοί κατά τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης του ρεύματος. Σκεφτείτε το σχ. 3d στο οποίο οι αρνητικοί κινητοί φορείς φορτίου διασχίζουν το S προς την επιλεγμένη κατεύθυνση. Ας υποθέσουμε ότι κάθε φορέας έχει φορτίο -q και ο ρυθμός ροής μέσω του S είναι n φορείς ανά δευτερόλεπτο. Κατά τη διάρκεια dt είναι η συνολική διέλευση των φορτίων C προς την επιλεγμένη κατεύθυνση θα είναι dV = -n NS q NS dt, που αντιστοιχεί στο ρεύμα I = dV/ dT.

Επομένως, το ρεύμα στο Σχ. 3δ είναι αρνητικό. Επιπλέον, αυτό το ρεύμα συμπίπτει με το ρεύμα που δημιουργείται από την κίνηση θετικών φορέων με φορτίο + q μέσω της επιφάνειας S με ταχύτητα n φορέων ανά δευτερόλεπτο προς την αντίθετη κατεύθυνση από την επιλεγμένη (Εικ. 3, β). Έτσι, οι διψήφιες χρεώσεις αντικατοπτρίζονται στο διψήφιο ρεύμα. Για τις περισσότερες περιπτώσεις στα ηλεκτρονικά κυκλώματα, το πρόσημο του ρεύματος είναι σημαντικό και δεν έχει σημασία ποιοι φορείς φορτίου (θετικοί ή αρνητικοί) μεταφέρουν αυτό το ρεύμα. Επομένως, συχνά όταν μιλούν για ηλεκτρικό ρεύμα, υποθέτουν ότι οι φορείς φορτίου είναι θετικοί (βλ. Διεύθυνση ηλεκτρικού ρεύματος).

Στις συσκευές ημιαγωγών, ωστόσο, η διαφορά μεταξύ θετικών και αρνητικών φορέων φορτίου είναι κρίσιμη για τη λειτουργία της συσκευής.Μια λεπτομερής εξέταση της λειτουργίας αυτών των συσκευών θα πρέπει να διακρίνει με σαφήνεια τα σημάδια των φορέων κινητής φόρτισης. Η έννοια του ρεύματος που διαρρέει μια συγκεκριμένη περιοχή μπορεί εύκολα να γενικευτεί σε ένα ρεύμα μέσω ενός στοιχείου κυκλώματος.

Στο σχ. Το 4 δείχνει ένα διπολικό στοιχείο. Η κατεύθυνση του θετικού ρεύματος φαίνεται με ένα βέλος.

Ρύζι. 4. Ρεύμα μέσω στοιχείου κυκλώματος. Τα φορτία εισέρχονται στο κελί μέσω του ακροδέκτη Α με ρυθμό i (κουλόμπ ανά δευτερόλεπτο) και εξέρχονται από το κελί μέσω του τερματικού Α' με τον ίδιο ρυθμό.

Εάν ένα θετικό ρεύμα ρέει μέσω ενός στοιχείου κυκλώματος, ένα θετικό φορτίο εισέρχεται στον ακροδέκτη Α με ρυθμό i coulombs ανά δευτερόλεπτο. Όμως, όπως έχει ήδη σημειωθεί, τα υλικά (και τα στοιχεία κυκλώματος) συνήθως παραμένουν ηλεκτρικά ουδέτερα. (Ακόμη και ένα "φορτισμένο" στοιχείο στο Σχ. 1 έχει μηδενικό συνολικό φορτίο.) Επομένως, εάν ρέει φορτίο μέσα στο στοιχείο μέσω του ακροδέκτη Α, ίση ποσότητα φορτίου πρέπει ταυτόχρονα να ρέει έξω από το στοιχείο μέσω του ακροδέκτη Α'. Αυτή η συνέχεια της ροής ηλεκτρικού ρεύματος μέσω του στοιχείου κυκλώματος προκύπτει από την ουδετερότητα του στοιχείου ως συνόλου.

Εξουσία

Οποιοδήποτε διπολικό στοιχείο σε ένα κύκλωμα μπορεί να έχει τάση μεταξύ των ακροδεκτών του και ρεύμα μπορεί να ρέει μέσα από αυτό. Τα σημάδια του ρεύματος και της τάσης μπορούν να προσδιοριστούν ανεξάρτητα, αλλά υπάρχει μια σημαντική φυσική σχέση μεταξύ των πολικών τάσης και ρεύματος, για τη διευκρίνιση της οποίας συνήθως λαμβάνονται ορισμένες πρόσθετες προϋποθέσεις.

Στο σχ. Το σχήμα 4 δείχνει πώς προσδιορίζονται οι σχετικές πολικότητες τάσης και ρεύματος. Όταν επιλεγεί η τρέχουσα κατεύθυνση, ρέει στο τερματικό «+». Όταν πληρούται αυτή η πρόσθετη προϋπόθεση, μπορεί να προσδιοριστεί μια σημαντική ηλεκτρική ποσότητα—ηλεκτρική ισχύς. Εξετάστε το στοιχείο κυκλώματος στο Σχ. 4.

Εάν η τάση και το ρεύμα είναι θετικά, τότε υπάρχει συνεχής ροή θετικών φορτίων από ένα σημείο υψηλού δυναμικού σε ένα σημείο χαμηλού δυναμικού. Για να διατηρηθεί αυτή η ροή, είναι απαραίτητο να διαχωρίσετε τα θετικά φορτία από τα αρνητικά και να τα εισάγετε στο τερματικό «+». Αυτός ο συνεχής διαχωρισμός απαιτεί συνεχή δαπάνη ενέργειας.

Καθώς τα φορτία περνούν μέσα από το στοιχείο, απελευθερώνουν αυτή την ενέργεια. Και επειδή η ενέργεια πρέπει να αποθηκευτεί, είτε απελευθερώνεται στο στοιχείο του κυκλώματος ως θερμότητα (για παράδειγμα, σε μια τοστιέρα) είτε αποθηκεύεται σε αυτό (για παράδειγμα, κατά τη φόρτιση μιας μπαταρίας αυτοκινήτου). Ο ρυθμός με τον οποίο συμβαίνει αυτή η μετατροπή ενέργειας ονομάζεται εξουσία και προσδιορίζεται από την έκφραση P = U NS Az (βατ = βολτ x αμπέρ).

Η μονάδα μέτρησης της ισχύος είναι τα watt (W), που αντιστοιχεί στη μετατροπή 1 J ενέργειας σε 1 s. Ισχύς ίση με το γινόμενο της τάσης και του ρεύματος με τις πολικότητες που ορίζονται στο σχ. Το 4 είναι αλγεβρικό μέγεθος.

Εάν P > 0, όπως στην παραπάνω περίπτωση, η ισχύς διαχέεται ή απορροφάται στο στοιχείο. Εάν P < 0, τότε σε αυτήν την περίπτωση το στοιχείο τροφοδοτεί το κύκλωμα στο οποίο είναι συνδεδεμένο.

Αντιστατικά στοιχεία

Για κάθε στοιχείο κυκλώματος, μπορείτε να γράψετε μια συγκεκριμένη σχέση μεταξύ της τάσης ακροδεκτών και του ρεύματος μέσω του στοιχείου. Ένα στοιχείο αντίστασης είναι ένα στοιχείο για το οποίο μπορεί να σχεδιαστεί η σχέση μεταξύ τάσης και ρεύματος. Αυτό το γράφημα ονομάζεται χαρακτηριστικό ρεύμα-τάση. Ένα παράδειγμα τέτοιου χαρακτηριστικού φαίνεται στο σχ. 5.

Ρύζι. 5. Χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης στοιχείου αντίστασης

Εάν η τάση στους ακροδέκτες του στοιχείου D είναι γνωστή, τότε το γράφημα μπορεί να καθορίσει το ρεύμα μέσω του στοιχείου D.Ομοίως, εάν το ρεύμα είναι γνωστό, μπορεί να προσδιοριστεί η τάση.

Τέλεια αντίσταση

Η ιδανική αντίσταση (ή αντίσταση) είναι γραμμικό ωμικό στοιχείο… Με τον ορισμό της γραμμικότητας, η σχέση μεταξύ τάσης και ρεύματος σε ένα γραμμικό ωμικό στοιχείο είναι τέτοια ώστε όταν το ρεύμα διπλασιάζεται, η τάση διπλασιάζεται επίσης. Γενικά, η τάση πρέπει να είναι ανάλογη του ρεύματος.

Η αναλογική σχέση μεταξύ τάσης και ρεύματος ονομάζεται Ο νόμος του Ohm για ένα τμήμα ενός κυκλώματος και γράφεται με δύο τρόπους: U = I NS R, όπου R είναι η αντίσταση του στοιχείου, και I = G NS U, όπου G = I / R είναι η αγωγιμότητα του στοιχείου. Η μονάδα αντίστασης είναι το ohm (ohm), και η μονάδα αγωγιμότητας είναι η siemens (cm).

Το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης της ιδανικής αντίστασης φαίνεται στο Σχ. 6. Το γράφημα είναι μια ευθεία γραμμή στην αρχή με κλίση ίση με Az/R.

Ρύζι. 6. Ονομασία (α) και χαρακτηριστικό ρεύμα-τάσης (β) ιδανικής αντίστασης.

Δύναμη με τέλεια αντίσταση

Εκφράζοντας την ισχύ που απορροφάται από την ιδανική αντίσταση:

P = U NS I = I2NS R, P = U2/ R

Όπως η απορροφούμενη ισχύς, σε μια ιδανική αντίσταση, εξαρτάται από το τετράγωνο του ρεύματος (ή της τάσης), το πρόσημο της απορροφούμενης ισχύος v σε μια ιδανική αντίσταση εξαρτάται από το πρόσημο του R. Αν και μερικές φορές χρησιμοποιούνται αρνητικές τιμές αντίστασης κατά την προσομοίωση ορισμένων τύπων συσκευών που λειτουργούν σε συγκεκριμένους τρόπους λειτουργίας, όλες οι πραγματικές αντιστάσεις είναι συνήθως θετικές. Για αυτές τις αντιστάσεις, η απορροφούμενη ισχύς είναι πάντα θετική.

Η ηλεκτρική ενέργεια που απορροφάται από την αντίσταση, λογ νόμος διατήρησης της ενέργειας, Πρέπει να μεταμορφωθεί σε άλλα είδη.Τις περισσότερες φορές, η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια, που ονομάζεται θερμότητα Joule. Ρυθμός απέκκρισης θερμότητα joule όσον αφορά την αντίσταση, ταιριάζει με το ρυθμό απορρόφησης ηλεκτρικής ενέργειας. Εξαιρούνται εκείνα τα στοιχεία αντίστασης (για παράδειγμα, ένας λαμπτήρας ή ένα ηχείο), όπου μέρος της απορροφούμενης ενέργειας μετατρέπεται σε άλλες μορφές (ενέργεια φωτός και ήχου).

Αλληλεπίδραση των κύριων ηλεκτρικών μεγεθών

Για συνεχές ρεύμα, οι βασικές μονάδες φαίνονται στο σχ. 7.

Ρύζι. 7. Αλληλεπίδραση των κύριων ηλεκτρικών μεγεθών

Τέσσερις βασικές μονάδες — ρεύμα, τάση, αντίσταση και ισχύς — συνδέονται μεταξύ τους με αξιόπιστες σχέσεις, οι οποίες μας επιτρέπουν να κάνουμε όχι μόνο άμεσες αλλά και έμμεσες μετρήσεις ή να υπολογίζουμε τις τιμές που χρειαζόμαστε από άλλες μετρημένες. Έτσι, για να μετρήσετε την τάση σε ένα μέρος του κυκλώματος, πρέπει να έχετε ένα βολτόμετρο, αλλά ακόμα και ελλείψει αυτού, γνωρίζοντας το ρεύμα στο κύκλωμα και την αντίσταση ρεύματος σε αυτό το τμήμα, μπορείτε να υπολογίσετε την τιμή της τάσης.