Ohmov zákon pre úplný obvod

V elektrotechnike existujú pojmy: sekcia a plný okruh.

Stránka sa volá:

• časť elektrického obvodu vo vnútri zdroja prúdu alebo napätia;

• celý vonkajší alebo vnútorný obvod elektrických prvkov pripojených k zdroju alebo jeho časti.

Termín "úplný obvod" sa používa na označenie obvodu so všetkými zostavenými obvodmi, vrátane:

• zdroje;

• používateľov;

• spojovacie vodiče.

Takéto definície pomáhajú lepšie sa orientovať v obvodoch, porozumieť ich charakteristikám, analyzovať prácu, hľadať poškodenia a poruchy. Sú zakotvené v Ohmovom zákone, ktorý vám umožňuje riešiť rovnaké otázky na optimalizáciu elektrických procesov pre ľudské potreby.

Základný výskum Georga Simona Ohma platí prakticky pre každého úsek okruhu alebo celú schému.

Ako funguje Ohmov zákon pre úplný jednosmerný obvod

Zoberme si napríklad galvanický článok, ktorý sa ľudovo nazýva batéria, s potenciálnym rozdielom U medzi anódou a katódou. Na jej svorky pripojíme žiarovku s vláknom, ktoré má jednoduchý odporový odpor R.

Cez vlákno bude pretekať prúd I = U / R vytvorený pohybom elektrónov v kove. Obvod tvorený vodičmi batérie, spojovacími vodičmi a žiarovkou sa vzťahuje na vonkajšiu časť obvodu.

Prúd bude tiecť aj vo vnútornej časti medzi elektródami batérie. Jeho nosičmi budú kladne a záporne nabité ióny. Elektróny budú priťahované ku katóde a kladné ióny budú odpudzované z nej na anódu.

Takto sa na katóde a anóde hromadia kladné a záporné náboje a vzniká medzi nimi potenciálny rozdiel.

Úplný pohyb iónov v elektrolyte je sťažený vnútorný odpor batérieoznačené „r“. Obmedzuje prúdový výstup do vonkajšieho obvodu a znižuje jeho výkon na určitú hodnotu.

V úplnom obvode obvodu prúd preteká vnútorným a vonkajším obvodom, čím prekonáva celkový odpor R + r dvoch sekcií v sérii. Jeho hodnota je ovplyvnená silou pôsobiacou na elektródy, ktorá sa skrátene nazýva elektromotorická alebo EMF a označuje sa indexom «E».

Jeho hodnotu je možné merať voltmetrom na svorkách batérie bez záťaže (bez vonkajšieho obvodu). Pri záťaži pripojenej na rovnakom mieste ukazuje voltmeter napätie U. Inými slovami: bez záťaže na svorkách batérie sa U a E zhodujú vo veľkosti a keď prúd preteká vonkajším obvodom, U < E.

Sila E tvorí pohyb elektrických nábojov v úplnom obvode a určuje jej hodnotu I = E / (R + r).

Tento matematický výraz definuje Ohmov zákon pre úplný jednosmerný obvod. Jeho činnosť je podrobnejšie znázornená na pravej strane obrázku.Ukazuje, že celý kompletný obvod pozostáva z dvoch samostatných prúdových obvodov.

Tiež je vidieť, že vo vnútri batérie sa aj pri vypnutej záťaži vonkajšieho obvodu pohybujú nabité častice (samovybíjací prúd) a preto na katóde dochádza k zbytočnej spotrebe kovu. Energia batérie sa v dôsledku vnútorného odporu spotrebuje zahrievaním a rozptýlením do okolia a časom jednoducho zmizne.

Prax ukazuje, že znižovanie vnútorného odporu r konštruktívnymi metódami nie je ekonomicky opodstatnené vzhľadom na prudko rastúce náklady na konečný výrobok a jeho pomerne vysoké samovybíjanie.

závery

Aby sa zachovala účinnosť batérie, mala by sa používať iba na určený účel, pričom externý obvod pripájajte výlučne na dobu prevádzky.

Čím vyšší je odpor pripojenej záťaže, tým dlhšia je životnosť batérie. Preto xenónové výbojky so žhaviacim vláknom s nižšou spotrebou prúdu ako plnené dusíkom s rovnakým svetelným tokom zabezpečujú dlhšiu životnosť energetických zdrojov.

Pri skladovaní galvanických prvkov treba spoľahlivou izoláciou vylúčiť prechod prúdu medzi kontaktmi vonkajšieho obvodu.

V prípade, že odpor vonkajšieho obvodu R batérie výrazne prevyšuje vnútornú hodnotu r, považuje sa za zdroj napätia a pri splnení opačného vzťahu ide o zdroj prúdu.

Ako sa používa Ohmov zákon pre úplný obvod striedavého prúdu

AC elektrické systémy sú najbežnejšie v elektrotechnickom priemysle.V tomto odvetví dosahujú obrovské dĺžky transportom elektriny cez elektrické vedenia.

S rastúcou dĺžkou prenosového vedenia sa zvyšuje jeho elektrický odpor, čo spôsobuje zahrievanie drôtov a zvyšuje stratu energie na prenos.

Znalosť Ohmovho zákona pomohla energetikom znížiť zbytočné náklady na prepravu elektriny. Použili na to výpočet zložky straty výkonu vo vodičoch.

Výpočet je založený na hodnote vyrobeného činného výkonu P = E ∙ I, ktorý sa musí kvalitatívne preniesť na vzdialené spotrebiče a prekonať celkový odpor:

• vnútorné r pri generátore;

• vonkajšie R drôtov.

Veľkosť EMF na svorkách generátora je určená ako E = I ∙ (r + R).

Strata výkonu Pp na prekonanie odporu celého obvodu bude vyjadrená vzorcom znázorneným na obrázku.

Z neho je vidieť, že spotreba energie sa zvyšuje úmerne s dĺžkou / odporom vodičov a je možné ich znížiť pri transporte energie zvýšením EMF generátora alebo sieťového napätia. Táto metóda sa používa zahrnutím stupňovitých transformátorov do obvodu na konci generátora elektrického vedenia a stupňovitých transformátorov na prijímacom bode elektrických rozvodní.

Táto metóda je však obmedzená:

• zložitosť technických zariadení na potlačenie výskytu koronárnych výbojov;

• potreba oddialiť a izolovať elektrické vedenia od zemského povrchu;

• zvýšenie energie žiarenia vzduchového vedenia v priestore (vzhľad anténneho efektu).

Charakteristika činnosti Ohmovho zákona v sínusových obvodoch striedavého prúdu

Moderní používatelia priemyselného vysokého napätia a domácej trojfázovej / jednofázovej elektrickej energie vytvárajú nielen aktívne, ale aj reaktívne záťaže s výraznými indukčnými alebo kapacitnými charakteristikami. Vedú k fázovému posunu medzi vektormi aplikovaných napätí a prúdmi tečúcimi v obvode.

V tomto prípade na matematický zápis časových fluktuácií harmonických použite komplexná formaa vektorová grafika sa používa na priestorové znázornenie. Prúd prenášaný elektrickým vedením sa zaznamenáva podľa vzorca: I = U / Z.

Matematický zápis hlavných komponentov Ohmovho zákona s komplexnými číslami umožňuje programovanie algoritmov elektronických zariadení používaných na riadenie a riadenie zložitých technologických procesov, ktoré sa neustále vyskytujú v energetickom systéme.

Spolu s komplexnými číslami sa používa diferenciálna forma zápisu všetkých pomerov. Je vhodný na analýzu vodivých vlastností materiálov.

Niektoré technické faktory môžu porušovať Ohmov zákon pre úplný obvod. Zahŕňajú:

• vysoké vibračné frekvencie, keď začína ovplyvňovať hybnosť nosičov náboja. Nemajú čas pohybovať sa tempom zmien v elektromagnetickom poli;

• stavy supravodivosti určitej triedy látok pri nízkych teplotách;

• zvýšené zahrievanie prúdových vodičov elektrickým prúdom. keď charakteristika prúdového napätia stratí svoj lineárny charakter;

• zničenie izolačnej vrstvy výbojom vysokého napätia;

• médium plynové alebo vákuové elektrónky;

• polovodičové zariadenia a prvky.