Kapalı bir devrede akım gücü nedir? Ohm kanunu basit terimlerle

Kapalı devre (Şekil 2), iç ve dış olmak üzere iki bölümden oluşur. zincirin içi iç dirençli bir akım kaynağıdır R; harici- çeşitli tüketiciler, bağlantı kabloları, cihazlar vb. Dış kısmın toplam direnci gösterilir R. O zaman devrenin toplam direnci R + R.

Devrenin dış kısmı için Ohm yasasına göre 1 → 2 sahibiz:

\(~\varphi_1 - \varphi_2 = IR .\)

Zincirin iç bölümü 2 → 1 heterojendir. Ohm yasasına göre \(~\varphi_2 - \varphi_1 + \varepsilon = Ir\). Bu eşitlikleri toplayarak, elde ederiz

\(~\varepsilon = IR + Ir . \qquad (1)\)

\(~I = \frac(\varepsilon)(R + r) . \qquad (2)\)

Son formül Kapalı devre için Ohm yasası doğru akım. Devredeki akım, kaynağın EMF'si ile doğru orantılıdır ve devrenin empedansı ile ters orantılıdır..

Devrenin homojen bir bölümü için potansiyel fark voltaj olduğundan, o zaman \(~\varphi_1 - \varphi_2 = IR = U\) ve formül (1) yazılabilir:

\(~\varepsilon = U + Ir \Rightarrow U = \varepsilon - Ir .\)

Bu formülden, devrede artan akımla dış bölümdeki voltajın azaldığı görülebilir. ε = sabit

Mevcut gücü (2) son formülde değiştiririz, elde ederiz

\(~U = \varepsilon \left(1 - \frac(r)(R + r) \sağ) .\)

Devrenin bazı sınırlayıcı çalışma modları için bu ifadeyi analiz edelim.

a) Açık devre ile ( R → ∞) sen = ε , yani açık devrede akım kaynağının kutuplarındaki gerilim, akım kaynağının EMF'sine eşittir.

Bu, direnci akım kaynağının iç direncinden (\(~R_v\gg r\)) çok daha büyük olan bir voltmetre kullanılarak akım kaynağının EMF'sinin yaklaşık olarak ölçülmesi olasılığının temelidir. Bunu yapmak için voltmetre akım kaynağının terminallerine bağlanır.

b) Akım kaynağının uçlarına direnci \(~R\ll r\) olan bir iletken bağlıysa, o zaman R + R ≈ R, sonra \(~U = \varepsilon \left(1 - \frac(r)(r) \right) = 0\) ve geçerli \(~I = \frac(\varepsilon)(r)\) - maksimum değerine ulaşır.

Direnci ihmal edilebilir bir iletkeni bir akım kaynağının kutuplarına bağlamaya ne ad verilir? kısa devre ve için maksimum verilen kaynak akım gücüne kısa devre akımı denir:

\(~I_(kz) = \frac(\varepsilon)(r) .\)

Düşük değerli kaynaklar için R(örn. kurşun asitli aküler) R= 0,1 - 0,01 ohm) kısa devre akımı çok yüksek. Özellikle tehlikeli olan, trafo merkezlerinden güç alan aydınlatma ağlarındaki bir kısa devredir ( ε > 100 V), BEN kz binlerce ampere ulaşabilir. Yangınları önlemek için bu tür devrelerde sigortalar bulunur.

için Ohm yasasını yazalım. komple zincir sıralı olması durumunda paralel bağlantı pil için güç kaynakları. Kaynakları seri bağlarken, bir kaynağın "-" ucu ikincinin "+" ucuna, ikincinin "-" ucu üçüncünün "+" ucuna vb. bağlanır. (Şekil 3, a). Eğer ε 1 = ε 2 = ε 3 A R 1 = R 2 = R 3 sonra ε b = 3 ε 1 , R b = 3 R 1. Bu durumda, tüm zincir için Ohm yasası \[~I = \frac(\varepsilon_b)(R + r_b) = \frac(3 \varepsilon_1)(R + 3r_1)\] şeklindedir veya Nözdeş kaynaklar \(~I = \frac(n \varepsilon_1)(R + nr_1)\).

Harici direnç \(~R \gg nr_1\), ardından \(~I = \frac(n \varepsilon_1)(R)\) olduğunda ve pil akım verebildiğinde seri bağlantı kullanılır. N tek bir kaynaktan gelen akımın kat kat fazlası.

Akım kaynakları paralel bağlandığında, tüm "+" kaynaklar birbirine ve "-" kaynaklar da birlikte bağlanır (Şekil 3, b). Bu durumda

\(~\varepsilon_b = \varepsilon_1 ; \ r_b = \frac(r_1)(3).\)

Bu nedenle \(~I = \frac(\varepsilon_1)(R + \frac(r_1)(3))\) .

İçin Nözdeş kaynaklar \(~I = \frac(\varepsilon_1)(R + \frac(r_1)(n))\) .

Akım kaynaklarının paralel bağlantısı, düşük iç dirençli bir akım kaynağı elde etmek gerektiğinde veya elektrik tüketicisinin normal çalışması için devrede akım akması gerektiğinde kullanılır. bir kaynağın izin verilen akımından daha büyük.

Paralel bağlantı şu durumlarda faydalıdır: R karşılaştırıldığında küçük R.

Bazen kaynakların karışık bir kombinasyonu kullanılır.

Edebiyat

Aksenovich L. A. Lisede fizik: Teori. Görevler. Testler: Proc. genel veren kurumlar için ödenek. ortamlar, eğitim / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. KS Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 262-264.

Ohm'un kapalı devre yasası, gerçek bir devredeki akımın değerinin yalnızca yük direncine değil, aynı zamanda kaynak direncine de bağlı olduğunu gösterir.

Kapalı bir devre için Ohm yasasının formülasyonu şu şekildedir: İç ve dış yük dirençlerine sahip bir akım kaynağından oluşan kapalı bir devredeki akımın büyüklüğü, kaynağın elektromotor kuvvetinin toplamına oranına eşittir. iç ve dış dirençler.

İlk kez, akımın dirence bağımlılığı deneysel olarak kuruldu ve 1826'da Georg Ohm tarafından tanımlandı.

Kapalı devre için Ohm kanunu formülü şu şekilde yazılır:

• ben [A] - devredeki akım gücü,
• ε [V] – Gerilim kaynağının EMF'si,
• R [Ohm] - tümünün direnci dış elemanlar zincirler,
• r [Ohm] – gerilim kaynağının iç direnci

Yasanın fiziksel anlamı

Elektrik akımı tüketicileri, bir akım kaynağı ile birlikte kapalı bir elektrik devresi oluşturur. Tüketiciden geçen akım aynı zamanda akım kaynağından da geçer, yani akım, iletkenin direncine ek olarak kaynağın kendisinin direncidir. Böylece, kapalı bir devrenin toplam direnci, tüketicinin direnci ile kaynağın direncinin toplamı olacaktır.

Akımın kaynağın EMF'sine ve devrenin direncine bağımlılığının fiziksel anlamı, EMF ne kadar büyükse, yük taşıyıcıların enerjisi o kadar büyük ve dolayısıyla düzenli hareketlerinin hızı o kadar yüksek olur. Devrenin direncindeki artışla, yük taşıyıcıların enerjisi ve hareket hızı ve dolayısıyla akımın büyüklüğü azalır.

Bağımlılık deneyimle gösterilebilir. Bir kaynak, bir reosta ve bir ampermetreden oluşan bir devre düşünün. Devreye girdikten sonra reostatın sürgüsünü hareket ettirerek ampermetrenin gözlemlediği devrede akım akar, dış direnç değiştiğinde akımın değişeceğini göreceğiz.

Kapalı devre için Ohm yasasının uygulanmasına ilişkin görev örnekleri

Bir reosta, 10 V'luk bir EMF kaynağına ve direnci 4 ohm olan 1 ohm'luk bir iç dirence bağlanır. Devredeki akımı ve kaynak terminallerindeki voltajı bulun.

Galvanik hücrelerden oluşan bir pile 20 Ohm'luk bir direnç bağlandığında devredeki akım 1 A, 10 Ohm'luk bir direnç bağlandığında ise akım 1,5 A olmuştur. Pilin EMF'sini ve iç direncini bulunuz.

Bir kaynaktan (galvanik hücre, pil veya jeneratör) oluşan en basit kapalı devreyi düşünün.

ve direnç direnci (Şek. 161). Bir akım kaynağının da direnci vardır.Kaynak direnci, genellikle harici devre direncinin aksine iç direnç olarak adlandırılır. Jeneratörde bu, sargıların direncidir ve galvanik hücrede elektrolit çözeltisinin ve elektrotların direncidir.

Ohm'un kapalı bir devre yasası, devredeki akım gücü, EMF ve devrenin empedansı ile ilgilidir. Bu ilişki teorik olarak enerjinin korunumu yasası ve Joule-Lenz yasası (9.17) kullanılarak kurulabilir.

Bir yükün iletken kesitinden zamanında geçmesine izin verin.Daha sonra yükü hareket ettirmek için dış kuvvetlerin yaptığı iş şu şekilde yazılabilir: Akım gücünün tanımına göre Bu nedenle

Bu çalışma devrenin iç ve dış bölümlerinde yapıldığında, direnci belirli bir miktarda ısı açığa çıkarır. Joule-Lenz yasasına göre şuna eşittir:

Eşitlik (9.20) ve (9.21) enerji korunumu yasasına göre şunu elde ederiz:

Akımın ürünü ve bir devrenin bir bölümünün direnci genellikle o bölümdeki voltaj düşüşü olarak adlandırılır. Böylece EMF, kapalı bir devrenin iç ve dış bölümlerindeki gerilim düşüşlerinin toplamına eşittir.

Genellikle Ohm'un kapalı devre yasası şu şekilde yazılır:

Kapalı bir devredeki akım gücü, devrenin EMF'sinin toplam direncine oranına eşittir.

Akım gücü üç niceliğe bağlıdır: dirençler ve devrenin dış ve iç bölümleri. Akım kaynağının iç direnci, devrenin dış kısmının direncine kıyasla küçükse, akım gücü üzerinde gözle görülür bir etkiye sahip değildir.Bu durumda, kaynak terminallerindeki voltaj yaklaşık olarak eşittir.

Ama şu anda kısa devre devredeki akım gücü tam olarak kaynağın iç direnci ile belirlenir ve birkaç voltluk bir elektromotor kuvvetle küçük de olsa çok büyük olabilir (örneğin bir ohm pil). Teller eriyebilir ve kaynağın kendisi arızalanabilir.

Devre birkaç seri bağlı eleman içeriyorsa, devrenin toplam EMF'si, her bir elemanın EMF'sinin cebirsel toplamına eşittir. Herhangi bir kaynağın EMF'sinin işaretini belirlemek için, önce devreyi atlayarak pozitif yön seçimi konusunda anlaşmanız gerekir. Şekil 162'de pozitif (keyfi olarak), baypas yönünün saat yönünün tersine olduğunu kabul eder.

Devreyi atlarken kaynağın negatif kutbundan pozitif kutbuna geçerlerse, kaynağın içindeki dış kuvvetler pozitif iş yapar. Devreyi atlarken kaynağın pozitif kutbundan negatif kutbuna geçerlerse, EMF negatif olacaktır. Kaynağın içindeki dış kuvvetler negatif iş yapar. Yani, Şekil 162'de gösterilen devre için:

Öyleyse, (9.23)'e göre, akım gücü, yani akımın yönü, devreyi baypas etme yönü ile çakışıyorsa. Aksine, akımın yönü devreyi atlama yönünün tersidir. Devrenin toplam direnci, tüm dirençlerin toplamına eşittir:

Galvanik hücrelerin aynı EMF'ye (veya diğer kaynaklara) paralel bağlanmasıyla, pilin EMF'si, elemanlardan birinin EMF'sine eşittir (Şek. 163). Pilin iç direnci, iletkenlerin paralel bağlanması olağan kuralına göre hesaplanır. Şekil 163'te gösterilen devre için, kapalı devre için Ohm yasasına göre akım gücü aşağıdaki formülle belirlenir:

1. Yüklü parçacıkların elektrik alanı (Coulomb alanı) neden sabit kalmıyor? elektrik bir zincirde mi? 2. Üçüncü taraf güçleri ne denir? 3. Elektromotor kuvveti nedir?

4. Ohm yasasını kapalı devre için formüle edin. 5. Ohm yasasında kapalı devre için EMF'nin işareti neye bağlıdır?

Elektrik tesisatlarını tamir eden ve bakımını yapan her uzman, pratikte kapalı devre için Ohm yasasını bilmeli ve uygulamalıdır. Bu doğrudur, çünkü Alman fizikçi Georg Ohm tarafından keşfedilen modeller tüm elektrik mühendisliğinin temelini oluşturur. Bu yasa elektrik alanındaki bilimsel bilginin daha da geliştirilmesine önemli bir katkı oldu.

Ohm yasasının fiziksel özellikleri

Akım gücü ile ağa sağlanan voltaj arasındaki doğrudan ilişki 1826'da Ohm tarafından keşfedildi. Gelecekte, voltaj kavramı daha doğru bir terim olan elektromotor kuvveti (EMF) ile değiştirildi. Bu bağımlılığın teorik olarak doğrulanmasından sonra, kapalı devre için bir yasa türetildi. Önemli özelliği, herhangi bir dış rahatsızlığın zorunlu olarak olmamasıdır. Bu nedenle, örneğin bir iletken alternatif bir manyetik alana yerleştirilirse, standart formülasyonlar ilgilerini kaybedecektir.

Yasanın türetilmesiyle ilgili deneyler için, kullandık en basit devre, EMF'li bir güç kaynağından ve buna bağlı, bir dirence bağlı iki uçtan oluşur. İletkende yük taşıyan temel parçacıklar belirli bir yönde hareket etmeye başlar. Böylece, EMF'nin tüm devrenin toplam direncine oranı olarak temsil edilir: I = E / R.

Sunulan formülde E, volt cinsinden ölçülen elektromotor kuvvettir, I amper cinsinden akımdır ve R direncin ohm cinsinden ölçülen elektrik direnci olarak işlev görür. Bu durumda, direncin tüm bileşenleri dikkate alınır ve hesaplamalarda toplam değerleri kullanılır. Direncin kendi direncini, iletkeni (r) ve güç kaynağını (r0) içerirler. Nihai formül şöyle görünecektir: I = E/(R+r+r0). Akım kaynağı r0'ın iç direncinin değeri R + r toplamını aşarsa, bu durumda akım gücünün bağlı yükün özelliklerine bağımlılığı yoktur ve EMF kaynağı bir akım kaynağı rolünü oynar. . r0, R+r toplamından küçük olduğunda, akım toplam dış dirençle ters orantılıdır ve voltaj, güç kaynağı tarafından sağlanır.

Hesaplamaları gerçekleştirmek için Ohm yasası

Doğru hesaplamalar, bağlantı noktalarındakiler de dahil olmak üzere tüm gerilim kayıplarının dikkate alınmasını gerektirir. Akım kaynağının terminallerindeki elektromotor kuvveti belirlemek için, yük tamamen ayrıldığında açık devrede potansiyel fark ölçülür. Bu durumda, sadece Ohm'un kapalı devre yasası değil, aynı zamanda yürürlükteki yasa da geçerlidir. Bu bölüm burada EMF dikkate alınmadan sadece potansiyel fark dikkate alındığından homojen kabul edilir. Bu, her elemanı hesaplamayı mümkün kılar elektrik devresi U'nun volt cinsinden ölçülen potansiyel fark veya voltaj olduğu I \u003d U / R formülüne göre.

Ölçümler, problar yük veya direnç terminallerine bağlandığında bir voltmetre ile yapılır. Ortaya çıkan voltaj değeri her zaman elektromotor kuvvetinden daha düşük olacaktır. Bu, bilinen iki bileşen varlığında herhangi bir bileşeni bulmanızı sağlayan en yaygın formüldür.

Ohm'un kapalı devre yasası, manyetik devre için türetilen yasa ile pek çok ortak noktaya sahiptir. Bu sistemde iletken kapalı bir manyetik devre şeklinde yapılmıştır. Kaynak, bir elektrik akımının aktığı bobinin sarımıdır. Ortaya çıkan manyetik akı (F) manyetik devre üzerinde kapanır ve devre etrafında dolaşmaya başlar. Doğrudan manyetomotor kuvvetine ve içinden geçtiği malzemenin direncine bağlıdır. Bu olgu F=F/Rm formülüyle ifade edilir, burada F manyetomotor kuvvettir ve Rm sönümleme direncidir.

zincirler nasıl hesaplanır

1826'da Alman bilim adamı Georg Ohm bir keşif yaptı ve tarif etti.
devredeki iletkenin akım gücü, voltajı ve özellikleri gibi göstergeler arasındaki ilişkiye dair ampirik bir yasa. Daha sonra bilim adamının adıyla Ohm yasası olarak anılmaya başlandı.

Daha sonra bu özelliklerin, iletkenin elektrikle temas sürecinde oluşan direncinden başka bir şey olmadığı ortaya çıktı. Bu dış dirençtir (R). Akım kaynağına özgü bir iç direnç (r) de vardır.

Bir devre bölümü için Ohm yasası

Devrenin belirli bir bölümü için genelleştirilmiş Ohm yasasına göre devre bölümündeki akım şiddeti, bölümün uçlarındaki gerilimle doğru, dirençle ters orantılıdır.

U, bölümün uçlarının voltajı olduğunda, I akım gücüdür, R iletkenin direncidir.

Yukarıdaki formülü dikkate alarak basit matematiksel işlemler yaparak U ve R'nin bilinmeyen değerlerini bulmak mümkündür.

Yukarıda verilen formüller yalnızca ağ bir dirençle karşılaştığında geçerlidir.

Kapalı devre için Ohm yasası

Tam bir devrenin akım gücü, devrenin homojen ve homojen olmayan bölümlerinin dirençlerinin toplamına bölünen EMF'ye eşittir.

Kapalı bir ağın hem iç hem de dış dirençleri vardır. Bu nedenle, ilişki formülleri farklı olacaktır.

E'nin elektromotor kuvveti (EMF) olduğu yerde, R, kaynağın dış direncidir, r, kaynağın iç direncidir.

Bir zincirin homojen olmayan bir bölümü için Ohm yasası

Kapalı bir elektrik şebekesi, doğrusal ve doğrusal olmayan nitelikte bölümler içerir. Akım kaynağı olmayan ve dış etkilere bağlı olmayan bölümler doğrusaldır ve kaynak içeren bölümler doğrusal değildir.

Homojen bir yapıya sahip bir ağın bir bölümü için Ohm yasası yukarıda belirtilmiştir. Doğrusal olmayan bir bölüm yasası aşağıdaki şekle sahip olacaktır:

ben = U/ R = f1 – f2 + E/ R

Burada f1 - f2, dikkate alınan ağ bölümünün uç noktalarındaki potansiyel farktır.

R, devrenin doğrusal olmayan bölümünün toplam direncidir

Devrenin lineer olmayan bölümünün emf'si sıfırdan büyük veya küçüktür. Akım akışı olan bir kaynaktan gelen akımın yönü ise elektrik şebekesi, çakışırsa, pozitif yüklerin hareketi hakim olacak ve EMF pozitif olacaktır. Yönlerin çakışması durumunda, EMF tarafından oluşturulan negatif yüklerin ağdaki hareketi artacaktır.

Alternatif akım için Ohm yasası

Ağda mevcut olan kapasitans veya atalet ile, akımın değişken hale geldiği eylemden dirençlerini verdiklerini hesaplamalarda dikkate almak gerekir.

için Ohm kanunu alternatif akımöyle görünüyor:

Z, elektrik şebekesinin tüm uzunluğu boyunca dirençtir. Empedans olarak da adlandırılır. Empedans, aktif ve reaktif dirençlerden oluşur.

Ohm yasası temel bir bilimsel yasa değil, yalnızca ampirik bir ilişkidir ve bazı durumlarda gözlemlenmeyebilir:

• Ağ olduğunda yüksek frekans, elektromanyetik alan yüksek hızda değişir ve hesaplamalarda yük taşıyıcıların ataletini hesaba katmak gerekir;
• Süper iletkenliğe sahip maddelerle düşük sıcaklık koşullarında;
• İletken, geçen voltajla kuvvetli bir şekilde ısıtıldığında, akımın voltaja oranı değişken hale gelir ve genel yasaya uymayabilir;
• altındayken yüksek voltaj iletken veya dielektrik;
• LED lambalarda;
• Yarı iletkenler ve yarı iletken cihazlar.

Buna karşılık, Ohm yasasına uyan elementler ve iletkenler ohmik olarak adlandırılır.

Ohm yasası, bazı doğal fenomenler için bir açıklama sağlayabilir. Örneğin, yüksek voltaj kablolarının üzerinde oturan kuşları gördüğümüzde aklımıza şu soru gelir: Onlar neden elektrik akımından etkilenmiyorlar? Bu oldukça basit bir şekilde açıklanmaktadır. Tellerin üzerinde oturan kuşlar bir tür iletkendir. Gerginliğin çoğu kuşlar arasındaki boşluklara düşer ve "rehberlere" düşen pay onlar için tehlike oluşturmaz.

Ancak bu kural yalnızca tek bir kişiyle çalışır. Bir kuş, gagası veya kanadıyla bir tele veya telgraf direğine dokunursa, bu bölgelerin taşıdığı büyük miktardaki stres nedeniyle kaçınılmaz olarak ölecektir. Bu tür vakalar her yerde olur. Bu nedenle, güvenlik nedeniyle bazı yerleşim yerlerinde kuşları tehlikeli voltajdan koruyan özel cihazlar kurulmuştur. Bu tür tüneklerde kuşlar tamamen güvendedir.

Ohm yasası pratikte de yaygın olarak uygulanmaktadır. Elektrik, çıplak bir tele tek dokunuşla bir kişi için ölümcüldür. Fakat bazı durumlarda insan vücudunun direnci farklı olabilir.

Bu nedenle, örneğin kuru ve bozulmamış cilt, elektriğe karşı terle kaplı bir yara veya deriye göre daha fazla dirence sahiptir. Aşırı çalışma, sinir gerginliği ve sarhoşluk sonucunda, küçük bir voltajla bile kişi güçlü bir elektrik çarpması alabilir.

Ortalama olarak insan vücudunun direnci 700 ohm'dur, bu da 35 V'luk bir voltajın bir kişi için güvenli olduğu anlamına gelir Yüksek voltajla çalışan uzmanlar kullanır.