Ohmov zakon za kompletan krug

U elektrotehnici postoje pojmovi: presjek i puni krug.

Stranica se zove:

• dio električnog kruga unutar izvora struje ili napona;

• cijeli vanjski ili unutarnji krug električnih elemenata spojenih na izvor ili njegov dio.

Izraz «kompletan sklop» koristi se za označavanje sklopa sa svim sastavljenim krugovima, uključujući:

• izvori;

• korisnici;

• spojne žice.

Takve definicije pomažu boljem snalaženju u krugovima, razumijevanju njihovih karakteristika, analizi rada, traženju oštećenja i kvarova. Oni su ugrađeni u Ohmov zakon, koji vam omogućuje rješavanje istih pitanja kako biste optimizirali električne procese za ljudske potrebe.

Temeljno istraživanje Georga Simona Ohma odnosi se na gotovo sve dio kruga ili punu shemu.

Kako Ohmov zakon djeluje za kompletan istosmjerni krug

Uzmimo za primjer galvanski članak, popularno nazvan baterija, s potencijalnom razlikom U između anode i katode. Na priključke spojimo žarulju sa žarnom niti koja ima jednostavni otpor R.

Struja I = U / R stvorena kretanjem elektrona u metalu teći će kroz žarnu nit. Strujni krug koji čine žice baterije, spojne žice i žarulja odnosi se na vanjski dio strujnog kruga.

Struja će također teći u unutarnjem dijelu između elektroda baterije. Njegovi nositelji bit će pozitivno i negativno nabijeni ioni. Elektroni će biti privučeni katodi, a pozitivni ioni će se od nje odbijati prema anodi.

Na taj se način na katodi i anodi nakupljaju pozitivni i negativni naboji te se između njih stvara razlika potencijala.

Otežano je potpuno kretanje iona u elektrolitu unutarnji otpor baterijeoznačen sa «r». Ograničava strujni izlaz na vanjski krug i smanjuje njegovu snagu na određenu vrijednost.

U cijelom krugu kruga, struja teče kroz unutarnji i vanjski krug, svladavajući ukupni otpor R + r dvaju serijskih sekcija. Na njegovu vrijednost utječe sila koja djeluje na elektrode, a koja se skraćeno naziva elektromotorna ili EMF i označava se indeksom «E».

Njegova se vrijednost može izmjeriti voltmetrom na stezaljkama baterije bez opterećenja (bez vanjskog strujnog kruga). S opterećenjem priključenim na istom mjestu, voltmetar pokazuje napon U. Drugim riječima: bez opterećenja na stezaljkama akumulatora, U i E se poklapaju po veličini, a kada struja teče kroz vanjski krug, U < E.

Sila E tvori kretanje električnih naboja u cijelom krugu i određuje njegovu vrijednost I = E / (R + r).

Ovaj matematički izraz definira Ohmov zakon za kompletan istosmjerni krug. Njegovo djelovanje je detaljnije prikazano na desnoj strani slike.To pokazuje da se cijeli krug sastoji od dva odvojena strujna kruga.

Također se vidi da se unutar baterije, čak i kada je vanjsko opterećenje strujnog kruga isključeno, nabijene čestice pomiču (struja samopražnjenja) i stoga dolazi do nepotrebne potrošnje metala na katodi. Energija baterije se zbog unutarnjeg otpora troši na zagrijavanje i rasipanje u okolinu, a s vremenom jednostavno nestaje.

Praksa pokazuje da smanjenje unutarnjeg otpora r konstruktivnim metodama nije ekonomski opravdano zbog naglo rastućih troškova konačnog proizvoda i njegovog prilično visokog samopražnjenja.

zaključke

Kako bi se održala učinkovitost baterije, treba je koristiti samo za namjeravanu svrhu, spajajući vanjski krug isključivo za vrijeme rada.

Što je veći otpor priključenog opterećenja, dulji je vijek trajanja baterije. Stoga ksenonske žarulje sa žarnom niti s nižom potrošnjom struje od onih punjenih dušikom s istim svjetlosnim tokom osiguravaju dulji vijek trajanja izvora energije.

Kod skladištenja galvanskih elemenata, prolaz struje između kontakata vanjskog kruga mora biti isključen pouzdanom izolacijom.

U slučaju da vanjski otpor kruga R baterije znatno premašuje unutarnju vrijednost r, smatra se izvorom napona, a kada je ispunjen obrnuti odnos, izvorom je struje.

Kako se Ohmov zakon koristi za cijeli krug izmjenične struje

AC električni sustavi najčešći su u elektroindustriji.U ovoj industriji oni postižu goleme duljine prenoseći električnu energiju dalekovodima.

Kako se duljina dalekovoda povećava, njegov električni otpor raste, što stvara zagrijavanje žica i povećava gubitak energije za prijenos.

Poznavanje Ohmovog zakona pomoglo je energeticima da smanje nepotrebne troškove transporta električne energije. Da bi to učinili, koristili su izračun komponente gubitka snage u žicama.

Proračun se temelji na vrijednosti proizvedene djelatne snage P = E ∙ I, koja se mora kvalitativno prenijeti na udaljene potrošače i prevladati ukupni otpor:

• unutarnji r kod generatora;

• vanjski R žica.

Veličina EMF na stezaljkama generatora određena je kao E = I ∙ (r + R).

Gubitak snage Pp za svladavanje otpora cijelog kruga bit će izražen formulom prikazanom na slici.

Iz njega je vidljivo da se potrošnja električne energije povećava proporcionalno duljini / otporu žica i moguće ju je smanjiti tijekom transporta snage povećanjem EMF generatora ili linijskog napona. Ova se metoda koristi uključivanjem pojačavajućih transformatora u strujni krug na generatorskom kraju dalekovoda i padajućih transformatora na prijemnom mjestu električnih podstanica.

Međutim, ova je metoda ograničena:

• složenost tehničkih uređaja za suzbijanje pojave koronarnih pražnjenja;

• potreba udaljavanja i izolacije dalekovoda od zemljine površine;

• povećanje energije zračenja zračnog voda u prostoru (pojava efekta antene).

Značajke djelovanja Ohmovog zakona u krugovima sinusne izmjenične struje

Suvremeni korisnici industrijske visokonaponske i domaće trofazne / jednofazne električne energije stvaraju ne samo aktivna, već i jalova opterećenja s izraženim induktivnim ili kapacitivnim karakteristikama. Oni dovode do faznog pomaka između vektora primijenjenih napona i struja koje teku u krugu.

U ovom slučaju, za matematičku notaciju vremenskih fluktuacija harmonika, koristite složeni oblika za prostorno prikazivanje koristi se vektorska grafika. Struja koja se prenosi kroz dalekovod bilježi se formulom: I = U / Z.

Matematička notacija glavnih komponenti Ohmovog zakona s kompleksnim brojevima omogućuje programiranje algoritama elektroničkih uređaja koji se koriste za kontrolu i upravljanje složenim tehnološkim procesima koji se neprestano odvijaju u elektroenergetskom sustavu.

Uz složene brojeve koristi se diferencijalni oblik zapisivanja svih omjera. Pogodan je za analizu vodljivih svojstava materijala.

Neki tehnički čimbenici mogu prekršiti Ohmov zakon za cijeli krug. Oni uključuju:

• visoke vibracijske frekvencije kada moment količine gibanja nositelja naboja počinje utjecati. Nemaju vremena kretati se s tempom promjena u elektromagnetskom polju;

• stanja supravodljivosti određene klase tvari pri niskim temperaturama;

• povećano zagrijavanje strujnih žica električnom strujom. kada strujno-naponska karakteristika izgubi svoj linearni karakter;

• uništavanje izolacijskog sloja pražnjenjem visokog napona;

• medij plinskih ili vakuumskih elektronskih cijevi;

• poluvodički uređaji i elementi.