Ohms lov for en komplett krets

I elektroteknikk er det begreper: seksjon og full krets.

Siden heter:

• del av en elektrisk krets inne i en strøm- eller spenningskilde;

• hele den eksterne eller interne kretsen av elektriske elementer koblet til kilden eller en del av den.

Begrepet «komplett krets» brukes for å referere til en krets med alle kretser montert, inkludert:

• kilder;

• brukere;

• tilkoblingsledninger.

Slike definisjoner bidrar til å bedre navigere i kretsene, forstå deres egenskaper, analysere arbeidet, søke etter skader og funksjonsfeil. De er innebygd i Ohms lov, som lar deg løse de samme spørsmålene for å optimalisere elektriske prosesser for menneskelige behov.

Georg Simon Ohms grunnforskning gjelder praktisk talt alle delen av kretsen eller hele skjemaet.

Hvordan Ohms lov fungerer for en komplett DC-krets

La oss for eksempel ta en galvanisk celle, som populært kalles et batteri, med en potensiell forskjell U mellom anode og katode. Vi kobler en lyspære med en glødetråd til terminalene, som har en enkel resistiv motstand R.

En strøm I = U / R skapt av bevegelsen av elektroner i metallet vil strømme gjennom glødetråden. Kretsen dannet av batteriledningene, tilkoblingsledningene og pæren refererer til den eksterne delen av kretsen.

Strøm vil også flyte i den interne delen mellom batterielektrodene. Dens bærere vil være positivt og negativt ladede ioner. Elektroner vil bli tiltrukket av katoden og positive ioner vil bli frastøtt fra den til anoden.

På denne måten akkumuleres positive og negative ladninger på katoden og anoden, og det skapes en potensiell forskjell mellom dem.

Den fullstendige bevegelsen av ioner i elektrolytten hindres intern motstand i batterietmerket med «r». Den begrenser strømutgangen til den eksterne kretsen og reduserer kraften til en viss verdi.

I hele kretsen til kretsen flyter strømmen gjennom de indre og ytre kretsene, og overvinner den totale motstanden R + r til de to seksjonene i serie. Dens verdi påvirkes av kraften som påføres elektrodene, som kalles elektromotorisk eller EMF for kort og er betegnet med indeksen «E».

Verdien kan måles med et voltmeter ved polene på batteriet uten belastning (ingen ekstern krets). Med en last koblet på samme sted viser voltmeteret spenningen U. Med andre ord: uten belastning på batteripolene samsvarer U og E i størrelsesorden, og når strømmen går gjennom den eksterne kretsen, U < E.

Kraft E danner bevegelsen av elektriske ladninger i en komplett krets og bestemmer verdien I = E / (R + r).

Dette matematiske uttrykket definerer Ohms lov for en komplett DC-krets. Handlingen er illustrert mer detaljert på høyre side av bildet.Den viser at hele hele kretsen består av to separate strømkretser.

Det kan også sees at inne i batteriet, selv når den eksterne kretsbelastningen er slått av, beveger de ladede partiklene seg (selvutladningsstrøm) og derfor oppstår unødvendig forbruk av metall ved katoden. Batterienergi, på grunn av indre motstand, brukes til å varme opp og spre seg ut i miljøet, og over tid forsvinner den rett og slett.

Praksis viser at å redusere den indre motstanden r ved konstruktive metoder ikke er økonomisk berettiget på grunn av de sterkt økende kostnadene til sluttproduktet og dets ganske høye selvutladning.

konklusjoner

For å opprettholde effektiviteten til batteriet, bør det kun brukes til det tiltenkte formålet, og koble den eksterne kretsen utelukkende for driftsperioden.

Jo høyere motstanden til den tilkoblede lasten er, jo lengre batterilevetid. Derfor sikrer xenonlamper med glødetråd med lavere strømforbruk enn nitrogenfylte med samme lysstrøm lengre levetid for energikilder.

Ved lagring av galvaniske elementer må strømgjennomgang mellom kontaktene til den eksterne kretsen utelukkes ved pålitelig isolasjon.

I tilfelle at den eksterne kretsmotstanden R til batteriet betydelig overstiger den interne verdien r, regnes det som en spenningskilde, og når det omvendte forholdet er oppfylt, er det en strømkilde.

Hvordan Ohms lov brukes for en komplett AC-krets

AC elektriske systemer er de vanligste i den elektriske industrien.I denne industrien når de enorme lengder ved å transportere strøm over kraftledninger.

Når lengden på overføringslinjen øker, øker dens elektriske motstand, noe som skaper oppvarming av ledningene og øker tapet av energi for overføring.

Kunnskap om Ohms lov hjalp kraftingeniører med å redusere unødvendige kostnader ved å transportere strøm. For å gjøre dette brukte de beregningen av komponenten av strømtapet i ledningene.

Beregningen er basert på verdien av den produserte aktive effekten P = E ∙ I, som må overføres kvalitativt til eksterne forbrukere og overvinne den totale motstanden:

• intern r at generator;

• ytre R av ledninger.

Størrelsen på EMF ved generatorterminalene bestemmes som E = I ∙ (r + R).

Strømtapet Pp for å overvinne motstanden til hele kretsen vil bli uttrykt med formelen vist på bildet.

Det kan sees av det at strømforbruket øker proporsjonalt med lengden / motstanden til ledningene, og det er mulig å redusere dem under transport av kraft ved å øke EMF til generatoren eller linjespenningen. Denne metoden brukes ved å inkludere step-up transformatorer i kretsen ved generatorenden av kraftledningen og step-down transformatorer ved mottakspunktet til elektriske transformatorstasjoner.

Imidlertid er denne metoden begrenset:

• kompleksiteten til tekniske enheter for å motvirke forekomsten av koronare utslipp;

• behovet for å distansere og isolere kraftledninger fra jordens overflate;

• økning i energien til luftlinjestråling i rommet (utseendet til antenneeffekten).

Kjennetegn på Ohms lovoperasjon i sinusformede vekselstrømkretser

Moderne brukere av industriell høyspenning og innenlandsk trefase / enfase elektrisk kraft skaper ikke bare aktive, men også reaktive belastninger med uttalte induktive eller kapasitive egenskaper. De fører til et faseskift mellom vektorene til de påførte spenningene og strømmene som flyter i kretsen.

I dette tilfellet, for den matematiske notasjonen av tidssvingningene til harmoniske, bruk kompleks formog vektorgrafikk brukes for romlig representasjon. Strømmen som sendes gjennom kraftledningen registreres med formelen: I = U / Z.

Den matematiske notasjonen av hovedkomponentene i Ohms lov med komplekse tall gjør det mulig å programmere algoritmene til elektroniske enheter som brukes til å kontrollere og administrere komplekse teknologiske prosesser som stadig forekommer i kraftsystemet.

Sammen med komplekse tall brukes differensialformen for å skrive alle forholdstall. Det er praktisk for å analysere de ledende egenskapene til materialer.

Noen tekniske faktorer kan bryte Ohms lov for en komplett krets. De inkluderer:

• høye vibrasjonsfrekvenser når momentumet til ladningsbærerne begynner å påvirke. De har ikke tid til å bevege seg med tempoet i endringene i det elektromagnetiske feltet;

• tilstander av superledning av en viss klasse av stoffer ved lave temperaturer;

• økt oppvarming av strømledninger med elektrisk strøm. når strømspenningskarakteristikken mister sin lineære karakter;

• ødeleggelse av isolasjonslaget ved høyspenningsutladning;

• medium av gass eller vakuumelektronrør;

• halvlederenheter og elementer.