Ohms lov for et komplet kredsløb

I elektroteknik er der udtryk: sektion og fuld kredsløb.

Siden hedder:

• del af et elektrisk kredsløb inde i en strøm- eller spændingskilde;

• hele det eksterne eller indre kredsløb af elektriske elementer forbundet til kilden eller en del af den.

Udtrykket "komplet kredsløb" bruges til at henvise til et kredsløb med alle kredsløb samlet, inklusive:

• kilder;

• brugere;

• forbindelsesledninger.

Sådanne definitioner hjælper til bedre at navigere i kredsløbene, forstå deres karakteristika, analysere arbejdet, søge efter skader og fejlfunktioner. De er indlejret i Ohms lov, som giver dig mulighed for at løse de samme spørgsmål for at optimere elektriske processer til menneskelige behov.

Georg Simon Ohms grundforskning gælder stort set alle del af kredsløbet eller hele skemaet.

Hvordan Ohms lov virker for et komplet DC-kredsløb

Lad os for eksempel tage en galvanisk celle, som populært kaldes et batteri, med en potentialforskel U mellem anode og katode. Vi forbinder en pære med en glødetråd til dens terminaler, som har en simpel resistiv modstand R.

En strøm I = U / R skabt af elektronernes bevægelse i metallet vil strømme gennem glødetråden. Kredsløbet dannet af batteriledningerne, forbindelsesledningerne og pæren refererer til den eksterne del af kredsløbet.

Strøm vil også flyde i den interne sektion mellem batterielektroderne. Dens bærere vil være positivt og negativt ladede ioner. Elektroner vil blive tiltrukket af katoden, og positive ioner vil blive frastødt fra den til anoden.

På denne måde akkumuleres positive og negative ladninger på katoden og anoden, og der skabes en potentialforskel mellem dem.

Den fuldstændige bevægelse af ioner i elektrolytten forhindres batteriets indre modstandmarkeret med «r». Det begrænser strømudgangen til det eksterne kredsløb og reducerer dets effekt til en vis værdi.

I kredsløbets komplette kredsløb løber strømmen gennem de indre og ydre kredsløb og overvinder den samlede modstand R + r af de to sektioner i serie. Dens værdi er påvirket af den kraft, der påføres elektroderne, som kaldes elektromotorisk eller forkortet EMF og er betegnet med indekset «E».

Dens værdi kan måles med et voltmeter ved batteriets terminaler uden belastning (ingen eksternt kredsløb). Med en belastning tilsluttet samme sted viser voltmeteret spændingen U. Med andre ord: uden belastning på batteripolerne passer U og E i størrelse, og når strømmen løber gennem det eksterne kredsløb, U < E.

Kraft E danner bevægelsen af ​​elektriske ladninger i et komplet kredsløb og bestemmer dens værdi I = E / (R + r).

Dette matematiske udtryk definerer Ohms lov for et komplet DC-kredsløb. Dens handling er illustreret mere detaljeret i højre side af billedet.Den viser, at hele det komplette kredsløb består af to separate strømkredsløb.

Det kan også ses, at inde i batteriet, selv når den eksterne kredsløbsbelastning er slukket, bevæger de ladede partikler sig (selvafladningsstrøm), og der opstår derfor unødvendigt forbrug af metal ved katoden. Batterienergi, på grund af intern modstand, bruges på at opvarme og sprede sig ud i miljøet, og med tiden forsvinder den simpelthen.

Praksis viser, at reduktion af den indre modstand r ved konstruktive metoder ikke er økonomisk berettiget på grund af de stærkt stigende omkostninger ved slutproduktet og dets ret høje selvafladning.

konklusioner

For at bevare batteriets effektivitet bør det kun bruges til dets tilsigtede formål, idet det udelukkende forbinder det eksterne kredsløb i driftsperioden.

Jo højere modstand den tilsluttede belastning har, jo længere er batteriets levetid. Derfor sikrer xenonlamper med en glødetråd med lavere strømforbrug end nitrogenfyldte med samme lysstrøm en længere levetid for energikilder.

Ved opbevaring af galvaniske elementer skal passagen af ​​strøm mellem kontakterne på det eksterne kredsløb udelukkes ved pålidelig isolation.

I tilfælde af at batteriets eksterne kredsløbsmodstand R væsentligt overstiger den interne værdi r, betragtes det som en spændingskilde, og når det omvendte forhold er opfyldt, er det en strømkilde.

Hvordan Ohms lov bruges til et komplet AC-kredsløb

AC elektriske systemer er de mest almindelige i den elektriske industri.I denne industri når de enorme længder ved at transportere elektricitet over elledninger.

Når længden af ​​transmissionsledningen øges, øges dens elektriske modstand, hvilket skaber opvarmning af ledningerne og øger tabet af energi til transmission.

Kendskab til Ohms lov hjalp kraftingeniører med at reducere unødvendige omkostninger ved at transportere elektricitet. For at gøre dette brugte de beregningen af ​​komponenten af ​​strømtabet i ledningerne.

Beregningen er baseret på værdien af ​​den producerede aktive effekt P = E ∙ I, som skal overføres kvalitativt til fjernforbrugere og overvinde den samlede modstand:

• intern r ved generator;

• ydre R af ledninger.

Størrelsen af ​​EMF ved generatorens terminaler bestemmes som E = I ∙ (r + R).

Strømtabet Pp for at overvinde modstanden i hele kredsløbet vil blive udtrykt ved formlen vist på billedet.

Det kan ses af det, at strømforbruget stiger proportionalt med længden / modstanden af ​​ledningerne, og det er muligt at reducere dem under transporten af ​​strøm ved at øge generatorens EMF eller linjespændingen. Denne metode bruges ved at inkludere step-up-transformere i kredsløbet ved generatorenden af ​​elledningen og step-down-transformere ved modtagepunktet for elektriske understationer.

Denne metode er dog begrænset:

• kompleksiteten af ​​tekniske anordninger til at modvirke forekomsten af ​​koronare udledninger;

• behovet for at distancere og isolere elledninger fra jordens overflade;

• stigning i energien af ​​luftledningsstråling i rummet (antenneeffektens udseende).

Karakteristika for Ohms lovs funktion i sinusformede vekselstrømkredsløb

Moderne brugere af industriel højspænding og indenlandsk trefaset / enkeltfaset elektrisk strøm skaber ikke kun aktive, men også reaktive belastninger med udtalte induktive eller kapacitive egenskaber. De fører til et faseskift mellem vektorerne af de påførte spændinger og strømmene, der flyder i kredsløbet.

I dette tilfælde, til den matematiske notation af tidsudsvingene for de harmoniske, brug kompleks formog vektorgrafik bruges til rumlig repræsentation. Strømmen, der transmitteres gennem strømledningen, registreres med formlen: I = U / Z.

Den matematiske notation af hovedkomponenterne i Ohms lov med komplekse tal gør det muligt at programmere algoritmerne for elektroniske enheder, der bruges til at styre og styre komplekse teknologiske processer, der konstant forekommer i strømsystemet.

Sammen med komplekse tal bruges differentialformen til at skrive alle forhold. Det er praktisk til at analysere materialers ledende egenskaber.

Nogle tekniske faktorer kan overtræde Ohms lov for et komplet kredsløb. De omfatter:

• høje vibrationsfrekvenser, når ladningsbærernes momentum begynder at påvirke. De har ikke tid til at bevæge sig med tempoet i ændringer i det elektromagnetiske felt;

• tilstande af superledning af en bestemt klasse af stoffer ved lave temperaturer;

• øget opvarmning af strømtråde med elektrisk strøm. når strøm-spændingskarakteristikken mister sin lineære karakter;

• ødelæggelse af isoleringslaget ved højspændingsudladning;

• medium af gas eller vakuumelektronrør;

• halvlederkomponenter og -elementer.