Legea lui Ohm pentru un circuit complet

În electrotehnică există termeni: secțiune și circuit complet.

Site-ul se numeste:

• parte a unui circuit electric în interiorul unei surse de curent sau tensiune;

• întregul circuit extern sau intern al elementelor electrice conectate la sursă sau la o parte a acesteia.

Termenul „circuit complet” este folosit pentru a se referi la un circuit cu toate circuitele asamblate, inclusiv:

• surse;

• utilizatorii;

• fire de conectare.

Astfel de definiții ajută la navigarea mai bună în circuite, înțelegerea caracteristicilor acestora, analizarea lucrărilor, căutarea deteriorărilor și defecțiunilor. Ele sunt încorporate în legea lui Ohm, care vă permite să rezolvați aceleași întrebări pentru a optimiza procesele electrice pentru nevoile umane.

Cercetarea fundamentală a lui Georg Simon Ohm se aplică practic tuturor secțiunea circuitului sau schema completă.

Cum funcționează legea lui Ohm pentru un circuit DC complet

De exemplu, să luăm o celulă galvanică, care se numește în mod popular o baterie, cu o diferență de potențial U între anod și catod. Conectăm un bec cu filament la bornele sale, care are o rezistență rezistivă simplă R.

Un curent I = U / R creat de mișcarea electronilor în metal va curge prin filament. Circuitul format din firele bateriei, firele de legătură și becul se referă la partea exterioară a circuitului.

Curentul va curge și în secțiunea internă dintre electrozii bateriei. Purtătorii săi vor fi ioni încărcați pozitiv și negativ. Electronii vor fi atrași de catod și ionii pozitivi vor fi respinși de la acesta către anod.

În acest fel, sarcinile pozitive și negative se acumulează pe catod și anod și se creează o diferență de potențial între ele.

Mișcarea completă a ionilor în electrolit este împiedicată rezistența internă a baterieimarcat cu «r». Limitează curentul de ieșire la circuitul extern și își reduce puterea la o anumită valoare.

În circuitul complet al circuitului, curentul circulă prin circuitele interior și exterior, depășind rezistența totală R + r a celor două secțiuni în serie. Valoarea sa este influențată de forța aplicată electrozilor, care se numește pe scurt electromotoare sau EMF și este notă cu indicele «E».

Valoarea acestuia poate fi măsurată cu un voltmetru la bornele bateriei fără sarcină (fără circuit extern). Cu o sarcină conectată în același loc, voltmetrul arată tensiunea U. Cu alte cuvinte: fără sarcină la bornele bateriei, U și E se potrivesc ca mărime, iar când curentul trece prin circuitul extern, U < E.

Forța E formează mișcarea sarcinilor electrice într-un circuit complet și determină valoarea acesteia I = E / (R + r).

Această expresie matematică definește legea lui Ohm pentru un circuit DC complet. Acțiunea sa este ilustrată mai detaliat în partea dreaptă a imaginii.Acesta arată că întregul circuit complet este format din două circuite de curent separate.

De asemenea, se poate observa că în interiorul bateriei, chiar și atunci când sarcina circuitului extern este oprită, particulele încărcate se mișcă (curent de autodescărcare) și, prin urmare, se produce un consum inutil de metal la catod. Energia bateriei, datorită rezistenței interne, este cheltuită încălzindu-se și disipând în mediul înconjurător și, în timp, pur și simplu dispare.

Practica arată că reducerea rezistenței interne r prin metode constructive nu este justificată din punct de vedere economic din cauza costurilor în creștere bruscă a produsului final și a autodescărcării sale destul de ridicate.

concluzii

Pentru a menține eficiența bateriei, aceasta ar trebui să fie utilizată numai în scopul propus, conectând circuitul extern exclusiv pentru perioada de funcționare.

Cu cât rezistența sarcinii conectate este mai mare, cu atât durata de viață a bateriei este mai lungă. Prin urmare, lămpile cu xenon cu filament incandescent cu consum de curent mai mic decât cele umplute cu azot cu același flux luminos asigură o durată de viață mai lungă a surselor de energie.

La depozitarea elementelor galvanice, trecerea curentului între contactele circuitului extern trebuie exclusă printr-o izolare fiabilă.

În cazul în care rezistența circuitului extern R a bateriei depășește semnificativ valoarea internă r, aceasta este considerată o sursă de tensiune, iar atunci când relația inversă este îndeplinită, este o sursă de curent.

Cum se utilizează legea lui Ohm pentru un circuit complet de curent alternativ

Sistemele electrice de curent alternativ sunt cele mai comune în industria electrică.În această industrie, ei ating lungimi enorme prin transportul de energie electrică pe liniile electrice.

Pe măsură ce lungimea liniei de transmisie crește, rezistența sa electrică crește, ceea ce creează încălzirea firelor și crește pierderea de energie pentru transmisie.

Cunoașterea legii lui Ohm i-a ajutat pe inginerii energetici să reducă costurile inutile ale transportului energiei electrice. Pentru a face acest lucru, au folosit calculul componentei pierderii de putere în fire.

Calculul se bazează pe valoarea puterii active produse P = E ∙ I, care trebuie transferată calitativ consumatorilor la distanță și depășirea rezistenței totale:

• r intern la generator;

• R exterior al firelor.

Mărimea EMF la bornele generatorului este determinată ca E = I ∙ (r + R).

Pierderea de putere Pp pentru a depăși rezistența întregului circuit va fi exprimată prin formula prezentată în imagine.

Din aceasta se poate observa că consumul de energie crește proporțional cu lungimea/rezistența firelor și este posibilă reducerea acestora în timpul transportului de energie prin creșterea EMF a generatorului sau a tensiunii de linie. Această metodă este utilizată prin includerea transformatoarelor superioare în circuitul de la capătul generatorului al liniei de alimentare și a transformatoarelor descendente la punctul de recepție al substațiilor electrice.

Cu toate acestea, această metodă este limitată:

• complexitatea dispozitivelor tehnice pentru a contracara apariția descărcărilor coronariene;

• necesitatea de a distanța și izola liniile electrice de suprafața pământului;

• creșterea energiei radiației liniilor aeriene în spațiu (apariția efectului de antenă).

Caracteristicile funcționării legii lui Ohm în circuitele de curent alternativ sinusoidal

Utilizatorii moderni de înaltă tensiune industrială și de energie electrică domestică trifazată / monofazată creează nu numai sarcini active, ci și reactive cu caracteristici inductive sau capacitive pronunțate. Acestea conduc la o defazare între vectorii tensiunilor aplicate și curenții care circulă în circuit.

În acest caz, pentru notarea matematică a fluctuațiilor de timp ale armonicilor, folosiți formă complexăiar graficele vectoriale sunt folosite pentru reprezentarea spațială. Curentul transmis prin linia electrică se înregistrează cu formula: I = U / Z.

Notarea matematică a principalelor componente ale legii lui Ohm cu numere complexe permite programarea algoritmilor dispozitivelor electronice utilizate pentru controlul și gestionarea proceselor tehnologice complexe care apar constant în sistemul de alimentare.

Alături de numerele complexe, se folosește forma diferențială de scriere a tuturor rapoartelor. Este convenabil pentru analiza proprietăților conductoare ale materialelor.

Unii factori tehnici pot încălca legea lui Ohm pentru un circuit complet. Ei includ:

• frecvențe mari de vibrație când impulsul purtătorilor de sarcină începe să influențeze. Ei nu au timp să se miște cu ritmul schimbărilor din câmpul electromagnetic;

• stări de supraconductivitate ale unei anumite clase de substanțe la temperaturi scăzute;

• încălzirea crescută a firelor de curent prin curent electric. când caracteristica curent-tensiune își pierde caracterul liniar;

• distrugerea stratului de izolație prin descărcarea de înaltă tensiune;

• mediu de gaz sau tuburi electronice în vid;

• dispozitive și elemente semiconductoare.