Ohmi seadus tervikliku vooluringi jaoks

Elektrotehnikas on terminid: sektsioon ja täisahel.

Saiti nimetatakse:

• voolu- või pingeallika sees oleva elektriahela osa;

• allikaga või selle osaga ühendatud elektriliste elementide kogu välis- või siseahel.

Mõistet "täielik vooluahel" kasutatakse vooluahela kohta, kus kõik ahelad on kokku pandud, sealhulgas:

• allikad;

• kasutajad;

• ühendusjuhtmed.

Sellised määratlused aitavad paremini vooluringides liikuda, mõista nende omadusi, analüüsida tööd, otsida kahjustusi ja rikkeid. Need on põimitud Ohmi seadusesse, mis võimaldab teil lahendada samu küsimusi, et optimeerida elektrilisi protsesse inimeste vajaduste jaoks.

Georg Simon Ohmi alusuuringud kehtivad peaaegu kõigi kohta vooluringi lõik või täielik skeem.

Kuidas Ohmi seadus töötab täieliku alalisvooluahela jaoks

Näiteks võtame galvaanilise elemendi, mida rahvasuus nimetatakse akuks, mille potentsiaalide erinevus U on anoodi ja katoodi vahel. Selle klemmidega ühendame hõõgniidiga lambipirni, millel on lihtne takistustakistus R.

Vool I = U / R, mis tekib metallis elektronide liikumisel, voolab läbi hõõgniidi. Aku juhtmetest, ühendusjuhtmetest ja pirnist moodustatud vooluahel viitab vooluringi välisele osale.

Vool liigub ka aku elektroodide vahelises sisemises osas. Selle kandjad on positiivselt ja negatiivselt laetud ioonid. Elektronid tõmmatakse katoodi poole ja positiivsed ioonid tõrjutakse sellelt anoodile.

Nii akumuleeruvad katoodile ja anoodile positiivsed ja negatiivsed laengud ning nende vahel tekib potentsiaalide erinevus.

Ioonide täielik liikumine elektrolüüdis on takistatud aku sisemine takistustähistatud tähega «r». See piirab välise vooluahela voolu väljundit ja vähendab selle võimsust teatud väärtuseni.

Ahela täielikus vooluringis voolab vool läbi sisemise ja välimise ahela, ületades kahe järjestikuse sektsiooni kogutakistuse R + r. Selle väärtust mõjutab elektroodidele rakendatav jõud, mida nimetatakse lühidalt elektromotiiviks või EMF-iks ja mida tähistatakse indeksiga «E».

Selle väärtust saab mõõta voltmeetriga aku klemmidel ilma koormuseta (välise vooluahelata). Samasse kohta ühendatud koormuse korral näitab voltmeeter pinget U. Teisisõnu: kui aku klemmidel pole koormust, langevad U ja E suurusjärku ning voolu läbimisel välisahelat U < E.

Jõud E moodustab elektrilaengute liikumise terviklikus ahelas ja määrab selle väärtuse I = E / (R + r).

See matemaatiline avaldis määratleb täieliku alalisvooluahela Ohmi seaduse. Selle tegevust on üksikasjalikumalt illustreeritud pildi paremal küljel.See näitab, et kogu ahel koosneb kahest eraldiseisvast vooluahelast.

Samuti on näha, et aku sees isegi välise vooluahela koormuse väljalülitamisel liiguvad laetud osakesed (isetühjenemisvool) ja seetõttu tekib katoodil asjatut metallikulu. Aku energia kulub sisemise takistuse tõttu soojenemisele ja keskkonda hajumisele ning aja jooksul see lihtsalt kaob.

Praktika näitab, et sisetakistuse r vähendamine konstruktiivsete meetoditega ei ole lõpptoote järsult kasvavate kulude ja üsna suure isetühjenemise tõttu majanduslikult põhjendatud.

järeldused

Aku efektiivsuse säilitamiseks tuleks seda kasutada ainult ettenähtud otstarbel, ühendades välise vooluringi ainult tööperioodiks.

Mida suurem on ühendatud koormuse takistus, seda pikem on aku kasutusiga. Seetõttu tagavad hõõglambiga ksenoonlambid, mille voolukulu on väiksem kui sama valgusvooga lämmastikuga täidetud lambid, energiaallikate pikema tööea.

Galvaaniliste elementide ladustamisel tuleb usaldusväärse isolatsiooniga välistada voolu läbimine välisahela kontaktide vahel.

Juhul, kui aku välisahela takistus R ületab oluliselt sisemist väärtust r, loetakse seda pingeallikaks ja vastupidise seose täitmisel vooluallikaks.

Kuidas Ohmi seadust kasutatakse täieliku vahelduvvooluahela jaoks

Vahelduvvoolu elektrisüsteemid on elektritööstuses kõige levinumad.Selles tööstusharus saavutavad nad elektrit üle elektriliinide transportimisel tohutu pikkusega.

Kui ülekandeliini pikkus suureneb, suureneb selle elektritakistus, mis tekitab juhtmete kuumenemise ja suurendab ülekande energiakadu.

Ohmi seaduse tundmine aitas elektriinseneridel vähendada tarbetuid elektritranspordikulusid. Selleks kasutasid nad juhtmete võimsuskao komponendi arvutamist.

Arvutamine põhineb toodetud aktiivvõimsuse väärtusel P = E ∙ I, mis tuleb kvalitatiivselt üle kanda kaugematele tarbijatele ja ületada kogutakistus:

• sisemine r generaatori juures;

• juhtmete välimine R.

EMF-i suurus generaatori klemmidel määratakse järgmiselt: E = I ∙ (r + R).

Toitekadu Pp kogu vooluahela takistuse ületamiseks väljendatakse pildil näidatud valemiga.

Sellest on näha, et voolutarve suureneb proportsionaalselt juhtmete pikkuse/takistusega ning seda on võimalik võimsuse transpordil vähendada generaatori EMF-i või liinipinget suurendades. Seda meetodit kasutatakse nii, et elektriliini generaatoripoolses otsas on ahelasse astmelised trafod ja elektrialajaamade vastuvõtupunktis astmelised trafod.

Kuid see meetod on piiratud:

• tehniliste seadmete keerukus koronaarheidete esinemise vastu;

• vajadus elektriliinid maapinnast distantseerida ja isoleerida;

• õhuliini kiirguse energia suurenemine ruumis (antenniefekti ilmnemine).

Ohmi seaduse toimimise karakteristikud sinusoidsetes vahelduvvooluahelates

Kaasaegsed tööstusliku kõrgepinge ja kodumaise kolmefaasilise / ühefaasilise elektrienergia kasutajad loovad mitte ainult aktiivseid, vaid ka reaktiivseid koormusi, millel on selgelt väljendunud induktiivsed või mahtuvuslikud omadused. Need toovad kaasa faasinihke rakendatud pingete vektorite ja vooluringis voolavate voolude vahel.

Sel juhul kasutage harmooniliste ajakõikumiste matemaatiliseks märgistamiseks keeruline vormja vektorgraafikat kasutatakse ruumiliseks kujutamiseks. Elektriliini kaudu edastatav vool registreeritakse valemiga: I = U / Z.

Ohmi seaduse põhikomponentide matemaatiline tähistamine kompleksarvudega võimaldab programmeerida elektrisüsteemis pidevalt toimuvate keeruliste tehnoloogiliste protsesside juhtimiseks ja juhtimiseks kasutatavate elektroonikaseadmete algoritme.

Koos kompleksarvudega kasutatakse kõigi suhete kirjutamise diferentsiaalvormi. See on mugav materjalide juhtivate omaduste analüüsimiseks.

Mõned tehnilised tegurid võivad rikkuda Ohmi seadust kogu vooluringi jaoks. Nad sisaldavad:

• kõrged võnkesagedused, kui laengukandjate impulss hakkab mõjutama. Neil pole aega elektromagnetvälja muutuste tempos liikuda;

• teatud ainete klassi ülijuhtivusseisundid madalatel temperatuuridel;

• voolujuhtmete suurenenud kuumutamine elektrivooluga. kui voolu-pinge karakteristik kaotab oma lineaarse iseloomu;

• isolatsioonikihi hävitamine kõrgepingelahendusega;

• gaasi- või vaakumelektrontorude keskkond;

• pooljuhtseadised ja -elemendid.