Legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit
Legea de bază a ingineriei electrice pe care o puteți folosi pentru a studia și calcula circuitele electrice este legea lui Ohm, care stabilește relația dintre curent, tensiune și rezistență. Este necesar să-i înțelegem clar esența și să o poți folosi corect în rezolvarea problemelor practice. Greșelile sunt adesea făcute în inginerie electrică din cauza incapacității de a aplica corect legea lui Ohm.
Legea lui Ohm pentru o secțiune de circuit spune: curentul este direct proporțional cu tensiunea și invers proporțional cu rezistența.
Dacă tensiunea care acționează într-un circuit electric este crescută de mai multe ori, curentul din acel circuit va crește cu aceeași cantitate. Și dacă creșteți rezistența circuitului de mai multe ori, curentul va scădea cu aceeași cantitate. În același mod, debitul de apă în conductă este cu atât mai mare, cu atât presiunea este mai puternică și rezistența conductei la mișcarea apei este mai mică.
Într-o formă populară, această lege poate fi formulată după cum urmează: cu cât este mai mare tensiunea pentru aceeași rezistență, cu atât este mai mare curentul și, în același timp, cu cât este mai mare rezistența pentru aceeași tensiune, cu atât este mai mic amperajul.
Pentru a exprima matematic legea lui Ohm în cel mai simplu mod posibil, rezistența unui fir care transportă un curent de 1 A la o tensiune de 1 V este considerată a fi de 1 Ohm.
Curentul în amperi poate fi întotdeauna determinat prin împărțirea tensiunii în volți la rezistența în ohmi. Prin urmare, legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit este scrisă în următoarea formulă:
I = U/R.
Triunghi magic
Orice secțiune sau element al unui circuit electric poate fi caracterizat prin trei caracteristici: curent, tensiune și rezistență.
Cum se utilizează triunghiul lui Ohm: închidem valoarea necesară - alte două simboluri vor da formula pentru calculul său. Apropo, o singură formulă din triunghi se numește legea lui Ohm - cea care reflectă dependența curentului de tensiune și rezistență. Celelalte două formule, deși sunt consecințe ale acesteia, nu au sens fizic.
Calculele făcute folosind legea lui Ohm pentru o secțiune a circuitului vor fi corecte atunci când tensiunea este în volți, rezistența este în ohmi și curentul este în amperi. Dacă sunt utilizate mai multe unități ale acestor cantități (de exemplu, miliamperi, milivolți, megaohmi etc.), acestea trebuie convertite în amperi, volți și, respectiv, ohmi. Pentru a sublinia acest lucru, formula legii lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit este uneori scrisă după cum urmează:
amperi = volt / ohm
De asemenea, puteți calcula curentul în miliamperi și microamperi, în timp ce tensiunea ar trebui exprimată în volți și rezistența în kilohmi și, respectiv, megaohmi.
Alte articole despre electricitate într-un mod simplu și accesibil:
Ce sunt tensiunea, curentul și rezistența: cum sunt utilizate în practică
Cum depinde rezistența de temperatură
Surse de CEM și curent: principalele caracteristici și diferențe
Câmp electric și magnetic - Care este diferența?
Legea lui Ohm este valabilă pentru fiecare secțiune a circuitului. Dacă este necesar să se determine curentul într-o anumită secțiune a circuitului, atunci este necesar să se împartă tensiunea care acționează în această secțiune (Fig. 1) la rezistența acestei secțiuni.
Figura 1. Aplicarea legii lui Ohm la o secțiune de circuit
Să dăm un exemplu de calcul al curentului conform legii lui Ohm... Să fie necesar să se determine curentul într-o lampă cu rezistența de 2,5 ohmi, dacă tensiunea aplicată lămpii este de 5 V. Împărțirea a 5 V la 2,5 ohmi, obținem o valoare a curentului egală cu 2 A. În al doilea exemplu, determinăm curentul care va circula sub influența unei tensiuni de 500 V într-un circuit a cărui rezistență este de 0,5 MΩ. Pentru a face acest lucru, exprimăm rezistența în ohmi. Împărțind 500 V la 500.000 ohmi, găsim curentul din circuit, care este 0,001 A sau 1 mA.
Adesea, cunoscând curentul și rezistența, tensiunea este determinată folosind legea lui Ohm. Să scriem formula pentru a determina tensiunea
U = IR
Această formulă arată că tensiunea la capetele unei anumite secțiuni ale circuitului este direct proporțională cu curentul și rezistența... Sensul acestei dependențe nu este greu de înțeles.Dacă rezistența secțiunii circuitului nu se modifică, curentul poate fi crescut doar prin creșterea tensiunii. Aceasta înseamnă că la o rezistență constantă, un curent mai mare corespunde unei tensiuni mai mari. Dacă este necesar să se obțină același curent la diferite rezistențe, atunci cu o rezistență mai mare trebuie să existe o tensiune corespunzător mai mare.
Tensiunea pe o secțiune a unui circuit este adesea denumită cădere de tensiune... Acest lucru duce adesea la neînțelegeri. Mulți oameni cred că căderea de tensiune este o tensiune inutilă irosită. În realitate, conceptele de tensiune și cădere de tensiune sunt echivalente. Pierderi și căderi de tensiune - Care este diferența?
Căderea de tensiune este scăderea treptată a potențialului pe un circuit purtător de curent datorită faptului că circuitul are o rezistență activă. Conform legii lui Ohm, căderea de tensiune în fiecare secțiune a circuitului U este egală cu produsul rezistenței acestei secțiuni a circuitului R cu curentul din acesta I, adică. U — RI. Astfel, cu cât rezistența unei secțiuni a circuitului este mai mare, cu atât căderea de tensiune în acea secțiune a circuitului este mai mare pentru un curent dat.
Calculul tensiunii legii lui Ohm poate fi prezentat în exemplul următor. Lasă un curent de 5 mA să treacă printr-o secțiune a circuitului cu o rezistență de 10 kOhm și este necesar să se determine tensiunea în această secțiune.
Înmulțind A = 0,005 A la R — 10000 Ω, obținem o tensiune egală cu 50 V. Același rezultat poate fi obținut prin înmulțirea a 5 mA cu 10 kΩ: U = 50 in
În dispozitivele electronice, curentul este de obicei exprimat în miliamperi și rezistența în kiloohmi.Prin urmare, este convenabil să folosiți exact aceste unități de măsură în calcule conform legii lui Ohm.
Legea lui Ohm calculează și rezistența dacă tensiunea și curentul sunt cunoscute. Formula pentru acest caz se scrie după cum urmează: R = U / I.
Rezistența este întotdeauna raportul dintre tensiune și curent. Dacă tensiunea crește sau scade de un număr de ori, curentul va crește sau scade de același număr de ori. Raportul tensiune-curent egal cu rezistența rămâne neschimbat.
Formula pentru determinarea rezistenței nu trebuie înțeleasă ca însemnând că rezistența unui conductor dat depinde de curent și tensiune. Se știe că depinde de lungimea, aria secțiunii transversale și materialul firului. În aparență, formula pentru determinarea rezistenței seamănă cu formula pentru calcularea curentului, dar există o diferență fundamentală între ele.
Curentul într-o anumită secțiune a circuitului depinde într-adevăr de tensiune și rezistență și se modifică pe măsură ce se schimbă. Și rezistența acestei secțiuni a circuitului este o valoare constantă care nu depinde de schimbările de tensiune și curent, ci este egală cu raportul acestor valori.
Când același curent curge în două secțiuni ale circuitului și tensiunile aplicate acestora sunt diferite, este clar că secțiunea căreia i se aplică tensiunea mai mare are o rezistență corespunzător mai mare.
Și dacă, sub acțiunea aceleiași tensiuni, un curent diferit curge în două secțiuni diferite ale circuitului, atunci în această secțiune va exista întotdeauna un curent mai mic, care are o rezistență mai mare.Toate acestea decurg din formularea de bază a legii lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit, adică din faptul că, cu cât curentul este mai mare, cu atât tensiunea este mai mare și rezistența este mai mică.
Calculul rezistenței folosind legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit va fi prezentat în exemplul următor.Să fie necesar să se găsească rezistența secțiunii prin care curge un curent de 50 mA la o tensiune de 40 V. Exprimarea curentului în amperi, obținem I = 0,05 A. Împărțiți 40 la 0,05 și găsiți că rezistența este de 800 ohmi.
Legea lui Ohm poate fi vizualizată sub forma așa-numitei caracteristici curent-tensiune... După cum știți, relația direct proporțională dintre două mărimi este o linie dreaptă care trece prin origine. Această dependență este de obicei numită liniară.
În fig. 2 este prezentat ca exemplu de grafic al legii lui Ohm pentru o secțiune de circuit cu o rezistență de 100 ohmi. Axa orizontală este tensiunea în volți, iar axa verticală este curentul în amperi. Scara de curent și tensiune poate fi aleasă după dorință. Se trasează o linie dreaptă astfel încât pentru fiecare dintre punctele sale raportul tensiune-curent să fie de 100 ohmi. De exemplu, dacă U = 50 V, atunci I = 0,5 A și R = 50: 0,5 = 100 ohmi.
Orez. 2... Legea lui Ohm (caracteristica tensiunii curente)
Graficul legii lui Ohm pentru valorile negative ale curentului și tensiunii este același. Acest lucru implică faptul că curentul din circuit curge la fel în ambele direcții. Cu cât rezistența este mai mare, cu atât se obține mai puțin curent la o anumită tensiune și cu atât linia dreaptă se mișcă mai atent.
Dispozitivele la care caracteristica curent-tensiune este o linie dreaptă care trece prin punctul de plecare, adică rezistența rămâne constantă atunci când tensiunea sau curentul se modifică, se numesc dispozitive liniare... Se mai folosesc termenii circuite liniare, rezistențe liniare.
Există și dispozitive în care rezistența se modifică atunci când tensiunea sau curentul se modifică. Atunci relația dintre curent și tensiune este exprimată nu conform legii lui Ohm, ci într-un mod mai complex. Pentru astfel de dispozitive, caracteristica curent-tensiune nu va fi o linie dreaptă care trece prin punctul de pornire, ci este fie o curbă, fie o linie întreruptă. Aceste dispozitive se numesc neliniare.
Vezi și pe acest subiect: Aplicarea în practică a legii lui Ohm
