Legea lui Ohm a tensiunii. Conceptul de rezistență electrică, legea lui Ohm, legile lui Kirchhoff, conexiunea în paralel și în serie

Legea de bază a ingineriei electrice, cu ajutorul căreia poți studia și calcula circuite electrice, este legea lui Ohm, care stabilește relația dintre curent, tensiune și rezistență. Este necesar să-i înțelegem clar esența și să o poți folosi corect atunci când rezolvi probleme practice. Adesea, greșelile sunt făcute în inginerie electrică din cauza incapacității de a aplica corect legea lui Ohm.

Legea lui Ohm pentru o secțiune de circuit spune: curentul este direct proporțional cu tensiunea și invers proporțional cu rezistența.

Dacă creșteți tensiunea care acționează în circuit electric, atunci curentul din acest circuit va crește cu aceeași cantitate. Și dacă creșteți rezistența circuitului de mai multe ori, curentul va scădea cu aceeași cantitate. În mod similar, cu cât presiunea este mai mare și cu cât conducta oferă mai puțină rezistență la mișcarea apei, cu atât debitul de apă în conductă este mai mare.

Într-o formă populară, această lege poate fi formulată astfel: cu cât tensiunea la aceeași rezistență este mai mare, cu atât este mai mare curentul și, în același timp, cu cât rezistența la aceeași tensiune este mai mare, cu atât curentul este mai mic.

Pentru a exprima legea lui Ohm cel mai simplu matematic, se crede că Rezistența unui conductor care transportă un curent de 1 A la o tensiune de 1 V este de 1 ohm.

Curentul în amperi poate fi întotdeauna determinat prin împărțirea tensiunii în volți la rezistența în ohmi. De aceea Legea lui Ohm pentru o secțiune de circuit se scrie cu următoarea formulă:

I = U/R.

Triunghi magic

Orice secțiune sau element al unui circuit electric poate fi caracterizat folosind trei caracteristici: curent, tensiune și rezistență.

Cum se folosește triunghiul lui Ohm:închideți valoarea dorită - celelalte două simboluri vor da formula pentru calcularea acesteia. Apropo, legea lui Ohm se numește o singură formulă din triunghi - cea care reflectă dependența curentului de tensiune și rezistență. Celelalte două formule, deși sunt consecințele ei, nu au sens fizic.

Calculele efectuate folosind legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit vor fi corecte atunci când tensiunea este exprimată în volți, rezistența în ohmi și curentul în amperi. Dacă sunt utilizate mai multe unități de măsură ale acestor cantități (de exemplu, miliamperi, milivolți, megaohmi etc.), atunci acestea ar trebui convertite în amperi, volți și, respectiv, ohmi. Pentru a sublinia acest lucru, uneori formula legii lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit este scrisă astfel:

amper = volt/ohm

De asemenea, puteți calcula curentul în miliamperi și microamperi, în timp ce tensiunea ar trebui exprimată în volți, iar rezistența în kilo-ohmi și, respectiv, mega-ohmi.

Alte articole despre electricitate într-o prezentare simplă și accesibilă:

Calcularea tensiunii folosind legea lui Ohm poate fi ilustrată cu următorul exemplu. Lăsați un curent de 5 mA să treacă printr-o secțiune a unui circuit cu o rezistență de 10 kOhm și trebuie să determinați tensiunea în această secțiune.

Înmulțirea I = 0,005 A la R -10000 Ohm, obținem o tensiune egală cu 5 0 V. Am putea obține același rezultat înmulțind 5 mA cu 10 kOhm: U = 50 V

ÎN dispozitive electronice Curentul este de obicei exprimat în miliamperi și rezistența în kilo-ohmi. Prin urmare, este convenabil să folosiți aceste unități de măsură în calcule conform legii lui Ohm.

Legea lui Ohm calculează și rezistența dacă tensiunea și curentul sunt cunoscute. Formula pentru acest caz se scrie astfel: R = U/I.

Rezistența este întotdeauna un raport dintre tensiune și curent. Dacă tensiunea crește sau scade de mai multe ori, curentul va crește sau scade de același număr de ori. Raportul dintre tensiune și curent, egal cu rezistența, rămâne neschimbat.

Formula pentru determinarea rezistenței nu trebuie înțeleasă ca însemnând că rezistența unui conductor dat depinde de fluxul de ieșire și de tensiune. Se știe că depinde de lungimea, aria secțiunii transversale și materialul conductorului. De aspect Formula pentru determinarea rezistenței este similară cu formula pentru calcularea curentului, dar există o diferență fundamentală între ele.

Curent în această zonă circuitul depinde într-adevăr de tensiune și rezistență și se schimbă atunci când se schimbă. Și rezistența unei anumite secțiuni a circuitului este o valoare constantă, independentă de modificările tensiunii și curentului, dar egală cu raportul acestor valori.

Când același curent trece în două secțiuni ale unui circuit și tensiunile aplicate acestora sunt diferite, este clar că secțiunea căreia i se aplică tensiunea mai mare are o rezistență corespunzător mai mare.

Și dacă sub influența aceleiași tensiuni în două secțiuni diferite ale circuitului trece curent diferit, atunci curentul mai mic va fi întotdeauna în zona care are o rezistență mai mare. Toate acestea decurg din formularea de bază a legii lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit, adică din faptul că, cu cât curentul este mai mare, cu atât este mai mare tensiunea și cu atât rezistența este mai mică.

Vom arăta calculul rezistenței folosind legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit folosind următorul exemplu. Trebuie să găsiți rezistența secțiunii prin care trece un curent de 50 mA la o tensiune de 40 V. Exprimând curentul în amperi, obținem I = 0,05 A. Împărțiți 40 la 0,05 și găsim că rezistența este de 800 Ohmi.

Legea lui Ohm poate fi reprezentată clar ca așa-numita caracteristicile curent-tensiune. După cum știți, o relație direct proporțională între două mărimi este o linie dreaptă care trece prin origine. Această dependență este de obicei numită liniară.

În fig. Figura 2 prezintă ca exemplu un grafic al legii lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit cu o rezistență de 100 ohmi. Axa orizontală reprezintă tensiunea în volți, iar axa verticală reprezintă curentul în amperi. Scara de curent și tensiune poate fi aleasă după cum doriți. Se trasează o linie dreaptă astfel încât pentru orice punct raportul dintre tensiune și curent să fie de 100 ohmi. De exemplu, dacă U = 50 V, atunci I = 0,5 A și R = 50: 0,5 = 100 Ohm.

Orez. 2. legea lui Ohm ( caracteristica curent-tensiune)

Graficul legii lui Ohm pentru valori negative ale curentului și tensiunii are același aspect. Acest lucru indică faptul că curentul din circuit curge în mod egal în ambele direcții. Cu cât rezistența este mai mare, cu atât se obține mai puțin curent la o anumită tensiune și cu atât linia dreaptă este mai plată.

Dispozitivele în care caracteristica curent-tensiune este o linie dreaptă care trece prin originea coordonatelor, adică rezistența rămâne constantă atunci când tensiunea sau curentul se modifică, sunt numite dispozitive liniare. Sunt folosiți și termenii circuite liniare și rezistențe liniare.

Există și dispozitive în care rezistența se modifică atunci când tensiunea sau curentul se modifică. Atunci relația dintre curent și tensiune este exprimată nu conform legii lui Ohm, ci într-un mod mai complex. Pentru astfel de dispozitive, caracteristica curent-tensiune nu va fi o linie dreaptă care trece prin originea coordonatelor, ci va fi fie o curbă, fie o linie întreruptă. Aceste dispozitive se numesc neliniare.

Diagrama mnemonică pentru legea lui Ohm

Legea lui Ohm este adesea numită legea fundamentală a electricității. Celebrul fizician german Georg Simon Ohm, care l-a descoperit în 1826, a stabilit relația dintre mărimile fizice de bază ale unui circuit electric - rezistența, tensiunea și curentul.

Circuit electric

Pentru a înțelege mai bine sensul legii lui Ohm, trebuie să înțelegeți cum funcționează un circuit electric.

Ce este un circuit electric? Aceasta este calea pe care o parcurg particulele încărcate electric (electroni) într-un circuit electric.

Pentru ca curentul să existe într-un circuit electric, este necesar să existe în el un dispozitiv care să creeze și să mențină o diferență de potențial în secțiuni ale circuitului datorită forțelor de origine neelectrică. Un astfel de dispozitiv este numit sursă DC , iar forțele - forțe exterioare.

Eu numesc un circuit electric în care se află o sursă de curent T circuit electric complet. Sursa de curent dintr-un astfel de circuit îndeplinește aproximativ aceeași funcție ca o pompă de pompare a lichidului într-un sistem hidraulic închis.

Cel mai simplu circuit electric închis este format dintr-o sursă și un consumator de energie electrică, conectate prin conductori.

Parametrii circuitului electric

Ohm și-a derivat faimoasa lege experimental.

Să facem un experiment simplu.

Să asamblam un circuit electric în care sursa de curent este o baterie, iar instrumentul de măsurare a curentului este un ampermetru conectat în serie la circuit. Sarcina este o spirală de sârmă. Vom măsura tensiunea folosind un voltmetru conectat paralel cu spirala. Să încheiem cu folosind cheia, conectați circuitul electric și înregistrați citirile instrumentului.

Să conectăm o a doua baterie cu exact aceiași parametri la prima baterie. Să închidem din nou circuitul. Instrumentele vor arăta că atât curentul, cât și tensiunea s-au dublat.

Daca adaugati inca una de acelasi tip la 2 baterii, curentul se va tripla si voltajul se va tripla.

Concluzia este evidenta: Curentul dintr-un conductor este direct proporțional cu tensiunea aplicată la capetele conductorului.

În experimentul nostru, valoarea rezistenței a rămas constantă. Am schimbat doar mărimea curentului și a tensiunii pe secțiunea conductorului. Să lăsăm o singură baterie. Dar ca sarcină vom folosi spirale din materiale diferite. Rezistențele lor sunt diferite. Conectându-le unul câte unul, vom înregistra și citirile instrumentului. Vom vedea că aici este adevărat opusul. Cu cât valoarea rezistenței este mai mare, cu atât este mai puțin curent. Curentul dintr-un circuit este invers proporțional cu rezistența.

Deci, experiența noastră ne-a permis să stabilim dependența curentului de tensiune și rezistență.

Desigur, experiența lui Ohm a fost diferită. În acele zile nu existau ampermetre, iar pentru a măsura curentul, Ohm folosea o balanță de torsiune Coulomb. Sursa actuală a fost un element Volta format din zinc și cupru, care se aflau într-o soluție de acid clorhidric. Fire de cupru puse în cupe cu mercur. Acolo au fost aduse și capetele firelor de la sursa de curent. Firele erau de aceeași secțiune transversală, dar de lungimi diferite. Din acest motiv, valoarea rezistenței s-a schimbat. Prin introducerea alternativă a diferitelor fire în lanț, am observat unghiul de rotație al acului magnetic în balanța de torsiune. De fapt, nu puterea curentului în sine a fost măsurată, ci schimbarea efectului magnetic al curentului datorită includerii în circuit a firelor cu rezistență diferită. Om a numit asta „pierderea forței”.

Dar într-un fel sau altul, experimentele omului de știință i-au permis să obțină celebra sa lege.

Georg Simon Ohm

Legea lui Ohm pentru un circuit complet

Între timp, formula derivată de însuși Ohm arăta astfel:

Aceasta nu este altceva decât formula legii lui Ohm pentru un circuit electric complet: „Puterea curentului din circuit este proporțională cu EMF care acționează în circuit și invers proporțională cu suma rezistenței circuitului extern și a rezistenței interne a sursei».

În experimentele lui Ohm cantitatea X a arătat o modificare a valorii curente. În formula modernă corespunde puterii curenteeu curgând în circuit. Magnitudinea O a caracterizat proprietățile sursei de tensiune, care corespunde denumirii moderne a forței electromotoare (EMF) ε . Valoarea valoriil depindea de lungimea conductoarelor care leaga elementele circuitului electric. Această valoare a fost analogă cu rezistența unui circuit electric externR . Parametru b a caracterizat proprietăţile întregii instalaţii pe care a fost efectuat experimentul. În notația modernă aceasta ester – rezistența internă a sursei de curent.

Cum este derivată formula modernă pentru legea lui Ohm? lanț complet?

FEM a sursei este egală cu suma căderilor de tensiune pe circuitul extern (U ) și la sursa însăși (U 1 ).

ε = U + U 1 .

Din legea lui Ohm eu = U / R rezultă că U = eu · R , A U 1 = eu · r .

Înlocuind aceste expresii în cea anterioară, obținem:

ε = I R + I r = I (R + r) , unde

Conform legii lui Ohm, tensiunea din circuitul extern este egală cu curentul înmulțit cu rezistența. U = I · R. Este întotdeauna mai mică decât emf sursă. Diferența este egală cu valoarea U 1 = I r .

Ce se întâmplă când o baterie sau un acumulator funcționează? Pe măsură ce bateria se descarcă, rezistența sa internă crește. În consecință, crește U 1 si scade U .

Întreaga lege a lui Ohm se transformă în legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit dacă eliminăm parametrii sursei din acesta.

Scurt-circuit

Ce se întâmplă dacă rezistența circuitului extern devine brusc zero? În viața de zi cu zi, putem observa acest lucru dacă, de exemplu, izolația electrică a firelor este deteriorată și acestea devin scurtcircuitate. Are loc un fenomen care se numește scurt-circuit. Curent sunat șoc electric scurt-circuit , va fi extrem de mare. Acest lucru va evidenția număr mare căldură, care poate provoca un incendiu. Pentru a preveni acest lucru, dispozitivele numite siguranțe sunt plasate în circuit. Sunt proiectate astfel încât să fie capabile să întrerupă circuitul electric în momentul unui scurtcircuit.

Legea lui Ohm pentru curent alternativ

Într-un lanț Tensiune AC Pe lângă rezistența activă obișnuită, există reactanța (capacitate, inductanță).

Pentru astfel de circuite U = eu · Z , Unde Z - rezistenta totala, care include componente active si reactive.

Dar mașinile electrice și centralele puternice au reactanță mare. În aparatele de uz casnic din jurul nostru, componenta reactivă este atât de mică încât poate fi ignorată și folosită pentru calcule formă simplă Intrări în legea lui Ohm:

eu = U / R

Puterea și legea lui Ohm

Ohm nu numai că a stabilit relația dintre tensiune, curent și rezistență a unui circuit electric, dar a derivat și o ecuație pentru determinarea puterii:

P = U · eu = eu 2 · R

După cum puteți vedea, cu cât curentul sau tensiunea este mai mare, cu atât puterea este mai mare. Deoarece conductorul sau rezistorul nu este o sarcină utilă, puterea care cade pe el este considerată pierdere de putere. Este folosit pentru a încălzi conductorul. Și cu cât rezistența unui astfel de conductor este mai mare, cu atât se pierde mai multă putere pe el. Pentru a reduce pierderile de încălzire, în circuit se folosesc conductori cu rezistență mai mică. Acest lucru se face, de exemplu, în instalații de sunet puternice.

În loc de epilog

Un mic indiciu pentru cei care sunt confuzi și nu-și pot aminti formula legii lui Ohm.

Împărțiți triunghiul în 3 părți. În plus, modul în care facem acest lucru este complet lipsit de importanță. Să introducem în fiecare dintre ele mărimile incluse în legea lui Ohm - așa cum se arată în figură.

Să închidem valoarea care trebuie găsită. Dacă valorile rămase sunt la același nivel, atunci acestea trebuie înmulțite. Dacă sunt situate la niveluri diferite, atunci valoarea situată mai sus trebuie împărțită la cea inferioară.

Legea lui Ohm este utilizată pe scară largă în practică în proiectare retelelor electriceîn producţie şi în viaţa de zi cu zi.

Legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit: puterea curentuluieu într-o secțiune a unui circuit electric este direct proporțională cu tensiuneaU la capetele secțiunii și este invers proporțională cu rezistența acesteia R.

Formula legii: eu =. U = De aici scriem formulele IR Şi .

R= Fig.1.

Secțiune de lanț puterea curentuluieu Fig.2. Lanț complet Legea lui Ohm pentru un circuit complet: circuit electric complet (egală cu emf (forța electromotoare) a sursei de curent E împărțit la rezistența totală a circuitului R+r). Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern R și interne
. r

sursa actuală a legii

eu = În fig. 1 și 2 prezintă scheme ale circuitelor electrice. IR 3. Conectarea în serie și paralelă a conductoarelor Conductoarele din circuitele electrice pot fi conectate

secvenţial paralel .

Un compus mixt combină ambii acești compuși.

O rezistență, atunci când este pornită în locul tuturor celorlalți conductori situate între două puncte ale circuitului, curentul și tensiunea rămân neschimbate, se numește rezistență echivalentă

acești conductori. Conexiune serială O conexiune se numește serială în care

Fiecare conductor este conectat doar la un conductor anterior și unul ulterior. După cum urmează din prima regulile lui Kirchhoff , când conductoarele sunt conectate în serie, puterea curentului electric care circulă prin toți conductorii este aceeași (pe baza legii conservării sarcinii).eu 1 = eu 2 = eu 3 = 1. Pentru conexiune serială

conductoare

(Fig. 1) U 1 Puterea curentului în toți conductorii este aceeași: U 2 eu U 1 = De aici scriem formulele 1 , U 2 = De aici scriem formulele 2 , U 3 = De aici scriem formulele 3 .

Orez. 1.Conexiune serială a doi conductori.

U = U 1 + U 2 + U 3

2. Conform legii lui Ohm, tensiunea U 1, UŞi U 1 = De aici scriem formulele 1 , U 2 = De aici scriem formulele 2 , pe conductoare sunt egale

U = U 1 + U 2 = De aici scriem formulele 1 + De aici scriem formulele 2 = Tensiunea la conectarea conductoarelor în serie este egală cu suma tensiunilor din secțiuni individuale (conductoare) ale circuitului electric. 1 + Legea lui Ohm, tensiune 2 )= 2 pe conductoare sunt egale În conformitate cu a doua regulă a lui Kirchhoff, tensiunea în întreaga secțiune este:împărțit la rezistența totală a circuitului = împărțit la rezistența totală a circuitului 1 + împărțit la rezistența totală a circuitului 2

I (RU RU 1 , U 2 , U 3 I·R.U = U 1 + U 2 + U 3 = eu · (împărțit la rezistența totală a circuitului 1 + împărțit la rezistența totală a circuitului 2 + împărțit la rezistența totală a circuitului 3 ) = De aici scriem formulele

Primim:împărțit la rezistența totală a circuitului Tensiune totală – pe conductori este egală cu suma tensiunilor este egal cu: împărțit la rezistența totală a circuitului Unde = împărțit la rezistența totală a circuitului 1 + împărțit la rezistența totală a circuitului 2 + împărțit la rezistența totală a circuitului 3

EKV echivalent Unde = împărțit la rezistența totală a circuitului 1 + împărțit la rezistența totală a circuitului 2 + împărțit la rezistența totală a circuitului 3 +…

rezistența întregului circuit. De aici: EKV Cu o conexiune în serie, rezistența echivalentă a circuitului este egală cu suma rezistențelor secțiunilor individuale ale circuitului

: R

eu = , eu = Acest rezultat este adevărat = pentru orice număr = conductoare conectate în serie.

Din legea Omas rezultă: dacă puterile curentului sunt egale într-o conexiune în serie: . De aici sau, adică tensiunile din secțiunile individuale ale circuitului sunt direct proporționale cu rezistențele secțiunilor. 1 Pentru conexiune serială .:

U n = . · U 1 . conductoare identice : împărțit la rezistența totală a circuitului n = . · împărțit la rezistența totală a circuitului 1

Când circuitul unuia dintre consumatorii conectați în serie se deschide, curentul dispare în întregul circuit, astfel încât o conexiune în serie în practică nu este întotdeauna convenabilă.

Depinde de magnitudinea efectului pe care curentul îl poate avea asupra conductorului, fie el efectul termic, chimic sau magnetic al curentului. Adică, ajustând puterea curentului, puteți controla efectul acestuia. Curentul electric, la rândul său, este mișcarea ordonată a particulelor sub influența unui câmp electric.

Dependența de curent și tensiune

Evident, cu cât câmpul acționează mai puternic asupra particulelor, cu atât puterea curentului din circuit va fi mai mare. Un câmp electric este caracterizat de o mărime numită tensiune. Prin urmare, ajungem la concluzia că curentul depinde de tensiune.

Într-adevăr, a fost posibil experimental să se stabilească că puterea curentului este direct proporțională cu tensiunea. În cazurile în care tensiunea din circuit a fost schimbată fără a modifica toți ceilalți parametri, curentul a crescut sau a scăzut cu același factor ca și tensiunea.

Legătura cu rezistența

Cu toate acestea, orice circuit sau secțiune a unui circuit este caracterizată de o altă cantitate importantă numită rezistență la curent electric. Rezistența este invers proporțională cu curentul. Dacă modificați valoarea rezistenței în orice secțiune a circuitului fără a modifica tensiunea la capetele acestei secțiuni, se va modifica și puterea curentului. Mai mult, dacă reducem valoarea rezistenței, atunci puterea curentului va crește cu aceeași cantitate. Și, invers, pe măsură ce rezistența crește, curentul scade proporțional.

Formula legii lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit

Comparând aceste două dependențe, se poate ajunge la aceeași concluzie la care a ajuns savantul german Georg Ohm în 1827. El a conectat cele trei mărimi fizice menționate mai sus și a derivat o lege care a fost numită după el. Legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit spune:

Puterea curentului într-o secțiune a unui circuit este direct proporțională cu tensiunea de la capetele acestei secțiuni și invers proporțională cu rezistența acesteia.

unde I este puterea curentă,
U – tensiune,
R – rezistență.

Aplicarea legii lui Ohm

Legea lui Ohm este una dintre legi fundamentale ale fizicii. Descoperirea sa ne-a permis la un moment dat să facem un salt uriaș în știință. În prezent, este imposibil să ne imaginăm un calcul foarte elementar al cantităților electrice de bază pentru orice circuit fără a utiliza legea lui Ohm. Ideea acestei legi nu este domeniul exclusiv al inginerilor electronici, ci o parte necesară a cunoștințelor de bază ale oricărei persoane mai mult sau mai puțin educate. Nu e de mirare că există o vorbă: „Dacă nu știi legea lui Ohm, stai acasă.”

U=IRŞi R=U/I

Adevărat, trebuie înțeles că într-un circuit asamblat, valoarea rezistenței unei anumite secțiuni a circuitului este o valoare constantă, prin urmare, atunci când puterea curentului se schimbă, doar tensiunea se va schimba și invers. Pentru a schimba rezistența unei secțiuni a circuitului, circuitul trebuie reasamblat. Calculul valorii rezistenței necesare la proiectarea și asamblarea unui circuit se poate face conform legii lui Ohm, pe baza valorilor așteptate ale curentului și tensiunii care vor fi trecute printr-o anumită secțiune a circuitului.

Să asamblam un circuit electric (Figura 1, O), constând dintr-o baterie 1 tensiune de 2 V, reostat de pârghie 2 , doi instrumente de măsurare– voltmetru 3 si ampermetru 4 și fire de legătură 5 . Folosind un reostat, setați o rezistență în circuit la 2 ohmi. Apoi, un voltmetru conectat la bornele bateriei va indica o tensiune de 2 V, iar un ampermetru conectat în serie la circuit va indica un curent de 1 A. Să creștem tensiunea la 4 V conectând o altă baterie (Figura 1, b). Cu aceeași rezistență în circuit - 2 Ohmi - ampermetrul va afișa deja un curent de 2 A. O baterie cu o tensiune de 6 V va schimba citirea ampermetrului la 3 A (Figura 1, V). Să rezumam observațiile noastre în tabelul 1.

Figura 1. Modificarea curentului într-un circuit electric prin modificarea tensiunii cu o rezistență constantă

Tabelul 1

Dependența curentului dintr-un circuit de tensiunea cu rezistență constantă

Din aceasta putem concluziona că curentul într-un circuit cu rezistență constantă este mai mare, cu cât tensiunea acestui circuit este mai mare, iar curentul va crește de câte ori crește tensiunea.

Acum, în același circuit, punem o baterie cu o tensiune de 2 V și folosim un reostat pentru a seta rezistența în circuit la 1 Ohm (Figura 2, O). Apoi ampermetrul va indica 2 A. Să creștem rezistența la 2 ohmi cu un reostat (Figura 2, b). Citirea ampermetrului (la aceeași tensiune a circuitului) va fi deja de 1 A.

Figura 2. Modificarea curentului într-un circuit electric prin modificarea rezistenței la o tensiune constantă

Cu o rezistență în circuit de 3 ohmi (Figura 2, V) citirea ampermetrului va fi de 2/3 A.

Rezumăm rezultatele experimentului în tabelul 2.

Tabelul 2

Dependența curentului dintr-un circuit de rezistența la tensiune constantă

Rezultă de aici că la o tensiune constantă curentul din circuit va fi mai mare, cu cât rezistența acestui circuit este mai mică, iar curentul din circuit crește de câte ori scade rezistența circuitului.

După cum arată experimentele, curentul dintr-o secțiune a unui circuit este direct proporțional cu tensiunea din această secțiune și invers proporțional cu rezistența aceleiași secțiuni. Această relație este cunoscută sub numele de legea lui Ohm.

Dacă notăm: eu– curent în amperi; U– tensiune în volți; Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern– rezistența în ohmi, atunci legea lui Ohm poate fi reprezentată prin formula:

adică curentul dintr-o secțiune dată a circuitului este egal cu tensiunea din această secțiune împărțită la rezistența aceleiași secțiuni.

Video 1. Legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit

Exemplul 1. Determinați curentul care va curge prin filamentul unei lămpi cu incandescență dacă filamentul are o rezistență constantă de 240 ohmi și lampa este conectată la o rețea cu o tensiune de 120 V.

Folosind formula legii lui Ohm, puteți determina și tensiunea și rezistența circuitului.

U = eu × Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern ,

adică tensiunea circuitului este egală cu produsul dintre curent și rezistența acestui circuit și

adică rezistența circuitului este egală cu tensiunea împărțită la curentul circuitului.

Exemplul 2. Ce tensiune este necesară pentru ca un curent de 20 A să circule într-un circuit cu o rezistență de 6 ohmi?

U = eu × Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern= 20 × 6 = 120 V.

Exemplul 3. Un curent de 5 A curge prin spirala sobei electrice Soba este conectată la o rețea cu o tensiune de 220 V. Determinați rezistența spiralei sobei electrice.

Dacă în formulă U = eu × Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern Curentul este de 1 A și rezistența este de 1 Ohm, atunci tensiunea va fi de 1 V:

1 V = 1 A × 1 Ohm.

De aici concluzionăm: o tensiune de 1 V acţionează într-un circuit cu o rezistenţă de 1 Ohm la un curent de 1 A.

Pierdere de tensiune

Figura 3 prezintă un circuit electric format dintr-o baterie, rezistență Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului externși fire lungi de conectare care au propria lor rezistență specifică.

După cum se poate observa din figura 3, voltmetrul conectat la bornele bateriei arată 2 V. Deja în mijlocul liniei, voltmetrul arată doar 1,9 V și aproape de rezistență Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern tensiunea este de numai 1,8 V. Această scădere a tensiunii de-a lungul circuitului dintre puncte separate Acest circuit se numește pierdere de tensiune (cădere).

Pierderea de tensiune de-a lungul unui circuit electric are loc deoarece o parte din tensiunea aplicată este cheltuită pentru a depăși rezistența circuitului. În acest caz, pierderea de tensiune într-o secțiune a circuitului va fi mai mare, cu cât curentul este mai mare și cu atât rezistența acestei secțiuni a circuitului este mai mare. Din legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit rezultă că pierderea de tensiune în volți într-o secțiune a circuitului este egală cu curentul în amperi care curge prin această secțiune înmulțit cu rezistența în ohmi a aceleiași secțiuni:

U = eu × Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern .

Exemplul 4. De la generator, a cărui tensiune la bornele căruia este de 115 V, electricitatea este transmisă motorului electric prin fire a căror rezistență este de 0,1 Ohm. Determinați tensiunea la bornele motorului dacă acesta consumă un curent de 50 A.

Evident, tensiunea la bornele motorului va fi mai mică decât la bornele generatorului, deoarece va exista o pierdere de tensiune în linie. Folosind formula, determinăm că pierderea de tensiune este egală cu:

U = eu × Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern= 50 × 0,1 = 5 V.

Dacă pierderea de tensiune în linie este de 5 V, atunci tensiunea motorului electric va fi 115 - 5 = 110 V.

Exemplul 5. Generatorul furnizează o tensiune de 240 V. Electricitatea este furnizată printr-o linie de două fire de cupru 350 m lungime, cu o secțiune transversală de 10 mm², este transmisă unui motor electric care consumă un curent de 15 A. Este necesar să aflați tensiunea la bornele motorului.

Tensiunea la bornele motorului va fi mai mică decât tensiunea generatorului cu cantitatea de pierdere de tensiune în linie. Pierderea tensiunii de linie U = eu × Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern.

Din moment ce rezistență Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern firele sunt necunoscute, le determinăm folosind formula:

"); lungime l este egal cu 700 m, deoarece curentul trebuie să meargă de la generator la motor și de acolo înapoi la generator.

Înlocuind Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului externîn formulă, obținem:

U = eu × Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern= 15 × 1,22 = 18,3 V

Prin urmare, tensiunea la bornele motorului va fi 240 - 18,3 = 221,7 V

Exemplul 6. Determinați secțiunea transversală a firelor de aluminiu care trebuie utilizate pentru a furniza energie electrică unui motor care funcționează la o tensiune de 120 V și un curent de 20 A. Energia va fi furnizată motorului de la un generator de 127 V de-a lungul unei linii de 150 m. lung.

Găsim pierderea de tensiune admisibilă:

127 – 120 = 7 V.

Rezistența firelor de linie trebuie să fie egală cu:

Din formula

Să determinăm secțiunea transversală a firului:

unde ρ este rezistivitatea aluminiului (Tabelul 1, în articolul „Rezistența electrică și conductibilitatea”).

Folosind cartea de referință, selectați secțiunea transversală disponibilă de 25 mm².
Dacă se urmează aceeași linie fir de cupru, atunci secțiunea sa transversală va fi egală cu:

unde ρ este rezistivitatea cuprului (Tabelul 1, în articolul „Rezistența electrică și conductibilitatea”).

Alegem o secțiune de 16 mm².

Să remarcăm, de asemenea, că uneori este necesar să se realizeze în mod deliberat o pierdere de tensiune pentru a reduce magnitudinea tensiunii aplicate.

Exemplul 7. Pentru arderea stabilă a unui arc electric, este necesar un curent de 10 A la o tensiune de 40 V. Determinați cantitatea de rezistență suplimentară care trebuie conectată în serie cu instalația de arc pentru a o alimenta de la o rețea cu o tensiune de. 120 V.

Pierderea de tensiune în rezistența suplimentară va fi:

120 – 40 = 80 V.

Cunoscând pierderea de tensiune în rezistența suplimentară și curentul care curge prin ea, puteți utiliza legea lui Ohm pentru o secțiune a circuitului pentru a determina valoarea acestei rezistențe:

Când luăm în considerare un circuit electric, încă nu am ținut cont de faptul că calea curentului trece nu numai de-a lungul părții exterioare a circuitului, ci și de-a lungul părții interne a circuitului, în interiorul elementului în sine, a unei baterii sau a unei alte surse de tensiune.

Curentul electric care trece prin interiorul circuitului învinge rezistența sa internă și, prin urmare, apare și o cădere de tensiune în interiorul sursei de tensiune.

În consecință, forța electromotoare (emf) a sursei de energie electrică merge pentru a acoperi pierderile de tensiune interne și externe din circuit.

Dacă desemnăm E- forța electromotoare în volți, eu- curent în amperi, Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern- rezistența circuitului extern în ohmi, Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern 0 – rezistența circuitului intern în ohmi, U 0 – căderea de tensiune internă și U este căderea de tensiune externă a circuitului, obținem asta

E = U 0 + U = eu × Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern 0 + eu × Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern = eu × ( Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern 0 + Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern),

Aceasta este formula pentru legea lui Ohm pentru întregul lanț (complet). În cuvinte, se citește astfel: curentul dintr-un circuit electric este egal cu forța electromotoare împărțită la rezistența întregului circuit(suma rezistențelor interne și externe).

Video 2. Legea lui Ohm pentru un circuit complet

Exemplul 8. Forța electromotoare E elementul este de 1,5 V, rezistența sa internă Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern 0 = 0,3 Ohm. Element închis la rezistență Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern= 2,7 ohmi. Determinați curentul din circuit.

Exemplul 9. Determinați e. d.s. element E, închisă rezistenței Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern= 2 Ohm dacă curent este în circuit eu= 0,6 A. Rezistența internă a elementului Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern 0 = 0,5 Ohm.

Un voltmetru conectat la bornele elementului va indica tensiunea de pe ele egală cu tensiunea rețelei sau căderea de tensiune în circuitul extern.

U = eu × Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern= 0,6 × 2 = 1,2 V.

Prin urmare, o parte din e. d.s. Elementul merge pentru a acoperi pierderile interne, iar restul - 1,2 V - este trimis în rețea.

Căderea de tensiune internă

U 0 = eu × Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern 0 = 0,6 × 0,5 = 0,3 V.

Deoarece E = U 0 + U, Asta

E= 0,3 + 1,2 = 1,5 V

Același răspuns poate fi obținut dacă folosim formula legii lui Ohm pentru circuitul complet:

E = eu × ( Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern 0 + Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern) = 0,6 × (0,5 +2) = 1,5 V.

Un voltmetru conectat la bornele oricărei surse electrice. d.s. în timpul funcționării sale, arată tensiunea de pe ele sau tensiunea rețelei. Când un circuit electric este deschis, nu va trece curent prin el. Nici curentul nu va trece în interiorul sursei electronice. d.s. și, prin urmare, nu va exista nicio cădere de tensiune internă. Prin urmare, voltmetrul va arăta e când circuitul este deschis. d.s. sursa de energie electrica.

Astfel, un voltmetru conectat la bornele sursei de ex. d.s. arata:
a) cu circuit electric închis - tensiunea rețelei;
b) cu un circuit electric deschis – e. d.s. sursa de energie electrica.

Exemplul 10. Forța electromotoare a elementului este de 1,8 V. Este închisă rezistenței Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern= 2,7 ohmi. Curentul din circuit este de 0,5 A. Determinați rezistența internă Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern 0 element și cădere de tensiune internă U 0 .

Deoarece Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern= 2,7 Ohm, atunci

Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern 0 = 3,6 – 2,7 = 0,9 Ohm;

U 0 = eu × Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern 0 = 0,5 × 0,9 = 0,45 V.

Din exemplele rezolvate este clar că citirea voltmetrului conectat la bornele sursei de alimentare. d.s., nu rămâne constantă la conditii diferite functionarea circuitului electric. Pe măsură ce curentul din circuit crește, crește și căderea de tensiune internă. Prin urmare, cu constanta e. d.s. rețeaua externă va ține cont de tensiune din ce în ce mai mică.

Tabelul 3 arată cum se modifică tensiunea circuitului electric ( U) în funcție de modificările rezistenței externe ( Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern) la constanta e. d.s. ( E) și rezistența internă ( Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern 0) sursa de energie.

Tabelul 3

Dependența tensiunii circuitului de rezistență Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern la constanta e. d.s. și rezistență internă Rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor circuitului extern 0