Ohm törvénye a teljes áramkörre

Az elektrotechnikában vannak kifejezések: szakasz és teljes áramkör.

Az oldal neve:

• áram- vagy feszültségforráson belüli elektromos áramkör része;

• a forráshoz vagy annak egy részéhez kapcsolódó elektromos elemek teljes külső vagy belső áramköre.

A „teljes áramkör” kifejezés olyan áramkörre vonatkozik, amelyben az összes áramkör össze van szerelve, beleértve:

• források;

• felhasználók;

• összekötő vezetékek.

Az ilyen meghatározások segítik az áramkörök jobb eligazodását, jellemzőik megértését, a munka elemzését, a sérülések és meghibásodások keresését. Ezek az Ohm-törvénybe vannak beépítve, amely lehetővé teszi ugyanazon kérdések megoldását az elektromos folyamatok emberi szükségleteinek megfelelő optimalizálása érdekében.

Georg Simon Ohm alapkutatása gyakorlatilag mindenre vonatkozik az áramkör szakasza vagy a teljes vázlatot.

Hogyan működik az Ohm-törvény egy teljes egyenáramú áramkörre

Vegyünk például egy galvanikus cellát, amelyet népiesen akkumulátornak neveznek, és az anód és a katód között U potenciálkülönbség van. A sorkapcsaira egy izzószálas izzót kötünk, amelynek egyszerű R ellenállása van.

A fémben lévő elektronok mozgása által létrehozott I = U / R áram fog átfolyni az izzószálon. Az akkumulátorvezetékek, a csatlakozó vezetékek és az izzó által alkotott áramkör az áramkör külső részére vonatkozik.

Az áram az akkumulátor elektródái közötti belső szakaszon is folyik. Hordozói pozitív és negatív töltésű ionok lesznek. Az elektronokat a katód vonzza, a pozitív ionok pedig taszítják onnan az anódra.

Ily módon a katódon és az anódon pozitív és negatív töltések halmozódnak fel, és potenciálkülönbség jön létre közöttük.

Az ionok teljes mozgása az elektrolitban akadályozott az akkumulátor belső ellenállása«r»-vel jelölve. Korlátozza a külső áramkör áramkimenetét, és egy bizonyos értékre csökkenti annak teljesítményét.

Az áramkör teljes áramkörében az áram a belső és a külső áramkörökön halad keresztül, leküzdve a soros két szakasz R + r teljes ellenállását. Értékét az elektródákra kifejtett erő befolyásolja, amelyet röviden elektromotornak vagy EMF-nek neveznek, és az «E» indexszel jelöljük.

Értéke voltmérővel mérhető az akkumulátor kapcsain terhelés nélkül (nincs külső áramkör). Ugyanazon a helyen csatlakoztatott terhelésnél a voltmérő az U feszültséget mutatja. Más szóval: ha nincs terhelés az akkumulátor kapcsain, U és E nagysága megegyezik, és amikor az áram átfolyik a külső áramkörön, U < E.

Az E erő az elektromos töltések mozgását alkotja egy teljes áramkörben, és meghatározza annak értékét I = E / (R + r).

Ez a matematikai kifejezés meghatározza az Ohm-törvényt egy teljes egyenáramú áramkörre. Műveletét részletesebben a kép jobb oldalán szemlélteti.Ez azt mutatja, hogy a teljes áramkör két különálló áramkörből áll.

Az is látható, hogy az akkumulátor belsejében a külső áramköri terhelés kikapcsolása esetén is elmozdulnak a feltöltött részecskék (önkisülési áram), ezért a katódnál felesleges fémfogyasztás következik be. Az akkumulátor energiája a belső ellenállás miatt felmelegszik és a környezetbe kerül, és idővel egyszerűen eltűnik.

A gyakorlat azt mutatja, hogy az r belső ellenállás konstruktív módszerekkel történő csökkentése gazdaságilag nem indokolt a végtermék meredeken emelkedő költségei és meglehetősen magas önkisülése miatt.

következtetéseket

Az akkumulátor hatékonyságának megőrzése érdekében csak rendeltetésszerűen szabad használni, a külső áramkört kizárólag a működés időtartamára csatlakoztatva.

Minél nagyobb a csatlakoztatott terhelés ellenállása, annál hosszabb az akkumulátor élettartama. Ezért az izzószálas xenonlámpák, amelyek áramfelvétele kisebb, mint az azonos fényáramú nitrogénnel töltött lámpák, hosszabb élettartamot biztosítanak az energiaforrásoknak.

A galvánelemek tárolása során megbízható leválasztással ki kell zárni az áram áthaladását a külső áramkör érintkezői között.

Abban az esetben, ha az akkumulátor R külső áramköri ellenállása jelentősen meghaladja az r belső értéket, az feszültségforrásnak, a fordított összefüggés teljesülésekor pedig áramforrásnak minősül.

Hogyan használják az Ohm-törvényt egy teljes AC áramkörre

Az AC elektromos rendszerek a legelterjedtebbek az elektromos iparban.Ebben az iparágban hatalmas hosszúságot érnek el az elektromos áram távvezetékeken történő szállításával.

Az átviteli vezeték hosszának növekedésével elektromos ellenállása növekszik, ami a vezetékek felmelegedését idézi elő, és növeli az átviteli energiaveszteséget.

Az Ohm-törvény ismerete segített az energiamérnököknek csökkenteni a villamos energia szállításának szükségtelen költségeit. Ehhez a vezetékekben lévő teljesítményveszteség összetevőjének kiszámítását használták.

A számítás a megtermelt aktív teljesítmény P = E ∙ I értékén alapul, amelyet minőségileg át kell adni a távoli fogyasztóknak, és le kell győzni a teljes ellenállást:

• belső r a generátornál;

• a vezetékek külső R.

Az EMF nagyságát a generátor kapcsainál a következőképpen határozzuk meg: E = I ∙ (r + R).

A teljes áramkör ellenállásának leküzdéséhez szükséges Pp teljesítményveszteséget a képen látható képlet fejezi ki.

Ebből látható, hogy az áramfelvétel a vezetékek hosszával/ellenállásával arányosan növekszik és az energiaszállítás során a generátor EMF-jének vagy a vonali feszültség növelésével csökkenthető. Ezt a módszert úgy alkalmazzák, hogy a tápvezeték generátor végén lévő áramkörbe emelőtranszformátorokat, az elektromos alállomások vételi pontján pedig lecsökkentő transzformátorokat építenek be.

Ez a módszer azonban korlátozott:

• a koszorúér-kisülések előfordulásának megakadályozására szolgáló technikai eszközök összetettsége;

• az elektromos vezetékek földfelszíntől való távolságának és elszigetelésének szükségessége;

• a légvonali sugárzás energiájának növekedése a térben (az antennaeffektus megjelenése).

Az Ohm-törvény működésének jellemzői szinuszos váltóáramú áramkörökben

Az ipari nagyfeszültségű és a háztartási háromfázisú / egyfázisú elektromos áram modern felhasználói nemcsak aktív, hanem reaktív terheléseket is létrehoznak, kifejezett induktív vagy kapacitív jellemzőkkel. Ezek fáziseltolódáshoz vezetnek az alkalmazott feszültségek vektorai és az áramkörben folyó áramok között.

Ebben az esetben a felharmonikusok időingadozásának matematikai jelölésére használja összetett formaa vektorgrafikát pedig térbeli ábrázolásra használjuk. A tápvezetéken keresztül továbbított áramot a következő képlet rögzíti: I = U / Z.

Az Ohm-törvény fő összetevőinek matematikai jelölése komplex számokkal lehetővé teszi az energiarendszerben folyamatosan előforduló összetett technológiai folyamatok vezérlésére és kezelésére szolgáló elektronikus eszközök algoritmusainak programozását.

A komplex számok mellett az összes arány írásának differenciális formáját használják. Kényelmes az anyagok vezetőképességének elemzésére.

Egyes műszaki tényezők megsérthetik az Ohm-törvényt a teljes áramkörre vonatkozóan. Tartalmazzák:

• magas rezgési frekvenciák, amikor a töltéshordozók lendülete befolyásolni kezd. Nincs idejük az elektromágneses tér változásának ütemével haladni;

• bizonyos anyagok osztályának szupravezetési állapotai alacsony hőmérsékleten;

• az áramvezetékek fokozott fűtése elektromos árammal. amikor az áram-feszültség karakterisztika elveszti lineáris jellegét;

• a szigetelőréteg megsemmisítése nagyfeszültségű kisüléssel;

• gáz vagy vákuum elektroncsövek közege;

• félvezető eszközök és elemek.