Ohmin laki täydelliselle piirille

Sähkötekniikassa on termejä: osa ja täysi piiri.

Sivusto on nimeltään:

• osa sähköpiiriä virta- tai jännitelähteen sisällä;

• lähteeseen tai sen osaan kytkettyjen sähköelementtien koko ulkoinen tai sisäinen piiri.

Termiä "täydellinen piiri" käytetään viittaamaan piiriin, jossa kaikki piirit on koottu, mukaan lukien:

• lähteet;

• käyttäjät;

• liitäntäjohdot.

Tällaiset määritelmät auttavat paremmin navigoimaan piireissä, ymmärtämään niiden ominaisuuksia, analysoimaan työtä, etsimään vaurioita ja toimintahäiriöitä. Ne on upotettu Ohmin lakiin, jonka avulla voit ratkaista samat kysymykset sähköisten prosessien optimoimiseksi ihmisten tarpeisiin.

Georg Simon Ohmin perustutkimus koskee lähes kaikkia piirin osa tai koko kaavio.

Miten Ohmin laki toimii täydellisessä tasavirtapiirissä

Otetaan esimerkiksi galvaaninen kenno, jota yleisesti kutsutaan akuksi, jonka potentiaaliero U on anodin ja katodin välillä. Kytkemme sen liittimiin hehkulampun, jolla on yksinkertainen resistiivinen vastus R.

Hehkulangan läpi virtaa metallissa olevien elektronien liikkeen synnyttämä virta I = U / R. Akun johtojen, liitäntäjohtojen ja polttimon muodostama piiri viittaa piirin ulkoiseen osaan.

Virta kulkee myös akkuelektrodien välisessä sisäosassa. Sen kantajat ovat positiivisesti ja negatiivisesti varautuneita ioneja. Katodi vetää puoleensa elektroneja ja positiiviset ionit hylkivät siitä anodille.

Tällä tavalla katodille ja anodille kerääntyvät positiiviset ja negatiiviset varaukset ja niiden välille syntyy potentiaaliero.

Ionien täydellinen liikkuminen elektrolyytissä estyy akun sisäinen vastusmerkitty kirjaimella «r». Se rajoittaa virran ulostuloa ulkoiseen piiriin ja vähentää sen tehoa tiettyyn arvoon.

Piirin koko piirissä virta kulkee sisä- ja ulkopiirin läpi ylittäen kahden sarjassa olevan osan kokonaisresistanssin R + r. Sen arvoon vaikuttaa elektrodeihin kohdistettu voima, jota kutsutaan lyhyesti sähkömoottoriksi tai EMF:ksi ja jota merkitään indeksillä «E».

Sen arvo voidaan mitata volttimittarilla akun navoista ilman kuormitusta (ei ulkoista piiriä). Kun kuorma on kytketty samaan paikkaan, jännitemittari näyttää jännitteen U. Toisin sanoen: ilman kuormitusta akun napoissa U ja E vastaavat suuruusluokkaa, ja kun virta kulkee ulkoisen piirin läpi, U < E.

Voima E muodostaa sähkövarausten liikkeen täydellisessä piirissä ja määrittää sen arvon I = E / (R + r).

Tämä matemaattinen lauseke määrittelee Ohmin lain täydelliselle tasavirtapiirille. Sen toiminta on kuvattu tarkemmin kuvan oikealla puolella.Se osoittaa, että koko koko piiri koostuu kahdesta erillisestä virtapiiristä.

Voidaan myös nähdä, että akun sisällä, vaikka ulkoisen piirin kuormitus on kytketty pois päältä, varautuneet hiukkaset liikkuvat (itsepurkautumisvirta) ja siksi katodilla tapahtuu turhaa metallin kulutusta. Akun energia kuluu sisäisen resistanssin vuoksi lämmittämiseen ja hajoamiseen ympäristöön, ja ajan myötä se yksinkertaisesti katoaa.

Käytäntö osoittaa, että sisäisen vastuksen r pienentäminen rakentavilla menetelmillä ei ole taloudellisesti perusteltua lopputuotteen jyrkästi kohoavien kustannusten ja sen melko suuren itsepurkauksen vuoksi.

johtopäätöksiä

Akun tehokkuuden ylläpitämiseksi sitä tulee käyttää vain aiottuun tarkoitukseen ja kytkeä ulkoinen piiri yksinomaan käyttöajan ajaksi.

Mitä suurempi liitetyn kuorman vastus, sitä pidempi akun käyttöikä. Siksi ksenonlamput, joissa on hehkulanka ja joiden virrankulutus on pienempi kuin typellä täytetyt, joilla on sama valovirta, varmistavat energialähteiden pidemmän käyttöiän.

Varastoitaessa galvaanisia elementtejä, virran kulku ulkoisen piirin koskettimien välillä on suljettava pois luotettavalla eristyksellä.

Mikäli akun ulkoisen piirin resistanssi R ylittää merkittävästi sisäisen arvon r, sitä pidetään jännitelähteenä ja kun käänteinen suhde toteutuu, se on virtalähde.

Kuinka Ohmin lakia käytetään täydelliseen vaihtovirtapiiriin

Vaihtovirtasähköjärjestelmät ovat yleisimpiä sähköteollisuudessa.Tällä alalla ne saavuttavat valtavia pituuksia kuljettamalla sähköä voimalinjojen yli.

Kun siirtolinjan pituus kasvaa, sen sähkövastus kasvaa, mikä saa aikaan johtimien kuumenemisen ja lisää energian menetystä siirtoon.

Ohmin lain tunteminen auttoi energiainsinöörejä vähentämään tarpeettomia sähkön kuljetuskustannuksia. Tätä varten he käyttivät johtojen tehohäviön komponentin laskentaa.

Laskelma perustuu tuotetun pätötehon P = E ∙ I arvoon, joka on siirrettävä laadullisesti etäkäyttäjille ja ylitettävä kokonaisvastus:

• sisäinen r generaattorissa;

• johtojen ulompi R.

EMF:n suuruus generaattorin liittimissä määritetään muodossa E = I ∙ (r + R).

Tehohäviö Pp koko piirin vastuksen voittamiseksi ilmaistaan ​​kuvassa esitetyllä kaavalla.

Siitä nähdään, että virrankulutus kasvaa suhteessa johtojen pituuteen/resistanssiin ja niitä on mahdollista pienentää tehonsiirron aikana lisäämällä generaattorin EMF:ää tai verkkojännitettä. Tätä menetelmää käytetään sisällyttämällä teholinjan generaattoripäähän piiriin nostomuuntajia ja sähköasemien vastaanottopisteissä alasmuuntajia.

Tämä menetelmä on kuitenkin rajoitettu:

• teknisten laitteiden monimutkaisuus sepelvaltimon vuotojen estämiseksi;

• tarve etäisyys ja eristää voimajohdot maan pinnasta;

• ilmalinjasäteilyn energian kasvu avaruudessa (antenniefektin ilmaantuminen).

Ohmin lain toiminnan ominaisuudet sinimuotoisissa vaihtovirtapiireissä

Teollisen korkeajännitteen ja kotimaisen kolmivaiheisen / yksivaiheisen sähkön nykyaikaiset käyttäjät luovat paitsi aktiivisia myös reaktiivisia kuormia, joilla on selvät induktiiviset tai kapasitiiviset ominaisuudet. Ne johtavat vaihesiirtoon käytettyjen jännitteiden vektorien ja piirissä virtaavien virtojen välillä.

Käytä tässä tapauksessa harmonisten aikavaihteluiden matemaattista merkintää monimutkainen muotoja vektorigrafiikkaa käytetään tilaesitykseen. Sähköjohdon kautta siirretty virta kirjataan kaavalla: I = U / Z.

Ohmin lain pääkomponenttien matemaattinen merkintä kompleksiluvuilla mahdollistaa sähköjärjestelmässä jatkuvasti esiintyvien monimutkaisten teknisten prosessien ohjaamiseen ja hallintaan käytettävien elektronisten laitteiden algoritmien ohjelmoinnin.

Kompleksilukujen lisäksi käytetään differentiaalista muotoa kaikkien suhteiden kirjoittamiseen. Se on kätevä materiaalien johtavien ominaisuuksien analysointiin.

Jotkut tekniset tekijät voivat rikkoa Ohmin lakia täydelliselle piirille. Ne sisältävät:

• korkeita värähtelytaajuuksia, kun varauksenkuljettajien liikemäärä alkaa vaikuttaa. Heillä ei ole aikaa liikkua sähkömagneettisen kentän muutosten tahdissa;

• tietyn aineluokan suprajohtavuustilat matalissa lämpötiloissa;

• virtajohtojen lisääntynyt lämmitys sähkövirralla. kun virta-jännite-ominaisuus menettää lineaarisen luonteensa;

• eristyskerroksen tuhoaminen suurjännitepurkauksella;

• kaasu- tai tyhjöelektroniputkien väliaine;

• puolijohdelaitteet ja -elementit.