Kaikenlaiset Ohmin lait. Sähkötekniikan tärkein laki on Ohmin laki

Jos sisään on sijoitettu eristetty johdin sähkökenttä\(\overrightarrow(E)\), niin voima vaikuttaa johtimen ilmaisiin varauksiin \(q\) \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) Tämän seurauksena oikosulku -johtimessa tapahtuu vapaan varauksen määräaikainen liike. Tämä prosessi päättyy, kun johtimen pinnalle syntyvien varausten oma sähkökenttä kompensoi täysin ulkoisen kentän. Tuloksena oleva sähköstaattinen kenttä johtimen sisällä on nolla.

Johtimissa voi kuitenkin tietyissä olosuhteissa tapahtua vapaiden sähkövarauksen kantajien jatkuvaa järjestettyä liikettä.

Varautuneiden hiukkasten suunnattua liikettä kutsutaan sähkövirraksi.

Sähkövirran suunnaksi katsotaan positiivisten vapaiden varausten liikesuunta. Jotta johtimessa olisi sähkövirtaa, siihen on luotava sähkökenttä.

Sähkövirran määrällinen mitta on nykyinen vahvuus\(I\) - skalaari fyysinen määrä, joka on yhtä suuri kuin läpi siirretty lataussuhde \(\Delta q\). poikkileikkaus johdin (kuva 1.8.1) aikavälille \(\Delta t\), tähän aikaväliin:

$$I = \frac(\Delta q)(\Delta t) $$

Jos virran voimakkuus ja sen suunta eivät muutu ajan myötä, niin tällaista virtaa kutsutaan pysyvä .

SISÄÄN Kansainvälinen järjestelmä Virran SI-yksiköt mitataan ampeereina (A). Virran yksikkö 1 A määräytyy kahden rinnakkaisen johtimen magneettisesta vuorovaikutuksesta virran kanssa.

Jatkuva sähköä voidaan luoda vain sisään suljettu virtapiiri , jossa vapaat varauksenkantajat kiertävät suljettuja lentoratoja pitkin. Sähkökenttä tällaisen piirin eri kohdissa on vakio ajan myötä. Näin ollen tasavirtapiirin sähkökentällä on jäädytetyn sähköstaattisen kentän luonne. Mutta kun sähkövaraus liikkuu sähköstaattisessa kentässä suljettua polkua pitkin, sähkövoimien tekemä työ on nolla. Siksi tasavirran olemassaolo edellyttää, että sähköpiirissä on laite, joka pystyy luomaan ja ylläpitämään potentiaalieroja piirin osissa voimien työstä johtuen ei-sähköstaattinen alkuperä. Tällaisia ​​laitteita kutsutaan DC lähteet . Kutsutaan ei-sähköstaattista alkuperää olevia voimia, jotka vaikuttavat virrallisten lähteiden vapaisiin varauksenkantoaineisiin ulkopuoliset voimat .

Ulkoisten voimien luonne voi vaihdella. Galvaanikennoissa tai akuissa ne syntyvät sähkökemiallisten prosessien seurauksena, tasavirtageneraattoreissa ulkoisia voimia syntyy johtimien liikkuessa magneettikentässä. Virtalähteellä sähköpiirissä on sama rooli kuin pumpulla, jota tarvitaan nesteen pumppaamiseen suljetussa hydraulijärjestelmässä. Ulkoisten voimien vaikutuksesta sähkövaraukset liikkuvat virtalähteen sisällä vastaan sähköstaattiset kenttävoimat, joiden ansiosta jatkuva sähkövirta voidaan ylläpitää suljetussa piirissä.

Kun sähkövaraukset liikkuvat tasavirtapiiriä pitkin, virtalähteiden sisällä vaikuttavat ulkoiset voimat tekevät työtä.

Fysikaalinen suure, joka on yhtä suuri kuin ulkoisten voimien työn \(A_(st)\) suhde siirrettäessä varaus \(q\) virtalähteen negatiivisesta navasta positiiviseen napaan, kutsutaan tämän varauksen arvoon. lähteen sähkömotorinen voima (EMF):

$$EMF=\varepsilon=\frac(A_(st))(q). $$

Siten EMF määräytyy ulkoisten voimien tekemän työn perusteella siirrettäessä yhtä positiivista varausta. Sähkömotorinen voima, kuten potentiaaliero, mitataan volttia (V).

Kun yksittäinen positiivinen varaus liikkuu suljettua tasavirtapiiriä pitkin, ulkoisten voimien tekemä työ on sama kuin tässä piirissä vaikuttavan emf:n summa ja sähköstaattisen kentän työ on nolla.

DC-piiri voidaan jakaa erilliset alueet. Niitä alueita, joissa ei vaikuta ulkopuolisia voimia (eli alueita, jotka eivät sisällä virtalähteitä), kutsutaan homogeeninen . Virtalähteitä sisältäviä alueita kutsutaan heterogeeninen .

Kun yksittäinen positiivinen varaus liikkuu pitkin piirin tiettyä osaa, työtä tekevät sekä sähköstaattiset (Coulomb) että ulkoiset voimat. Sähköstaattisten voimien työ on yhtä suuri kuin potentiaaliero \(\Delta \phi_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)\) epähomogeenisen osan alkupisteen (1) ja loppupisteen (2) välillä. . Ulkoisten voimien työ on määritelmän mukaan sama kuin tietyllä alueella vaikuttava sähkömotorinen voima \(\mathcal(E)\). Siksi kokonaistyö on yhtä suuri

$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E)$$

Koko U 12 kutsutaan yleensä Jännite ketjun osassa 1-2. Homogeenisen alueen tapauksessa jännite on yhtä suuri kuin potentiaaliero:

$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)$$

Saksalainen fyysikko G. Ohm totesi kokeellisesti vuonna 1826, että homogeenisen metallijohtimen (eli johtimen, jossa ei vaikuta ulkoisia voimia) läpi kulkeva virran voimakkuus \(I\) on verrannollinen päissä olevaan jännitteeseen \(U\). kapellimestari:

$$I = \frac(1)(R) U; \: U = IR$$

missä \(R\) = vakio.

Koko R yleensä kutsutaan sähkövastus . Johdinta, jolla on sähkövastus, kutsutaan vastus . Tämä suhde ilmaisee Ohmin laki ketjun homogeeninen osa: Johtimen virta on suoraan verrannollinen syötettyyn jännitteeseen ja kääntäen verrannollinen johtimen resistanssiin.

Johtimien sähkövastuksen SI-yksikkö on Ohm (Ohm). 1 ohmin resistanssilla on piirin osa, jossa 1 A:n virta tapahtuu 1 V:n jännitteellä.

Ohmin lakia noudattavia johtimia kutsutaan lineaarinen . Virran \(I\) graafinen riippuvuus jännitteestä \(U\) (sellaisia ​​käyriä kutsutaan ns. volttiampeeri ominaisuudet , lyhennetty CVC) on kuvattu suoralla viivalla, joka kulkee koordinaattien origon kautta. On huomattava, että on monia materiaaleja ja laitteita, jotka eivät noudata Ohmin lakia, esimerkiksi puolijohdediodi tai kaasupurkauslamppu. Jopa metallijohtimilla, riittävän suurilla virroilla, havaitaan poikkeama Ohmin lineaarisesta laista, koska metallijohtimien sähkövastus kasvaa lämpötilan noustessa.

Piirin osalle, joka sisältää emf:n, Ohmin laki kirjoitetaan seuraavassa muodossa:

$$IR = U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E) = \Delta \phi_(12) + \mathcal(E)$$
$$\väri(sininen)(I = \frac(U)(R))$$

Tätä suhdetta kutsutaan yleensä yleistetty Ohmin laki tai Ohmin laki piirin epätasaiselle osalle.

Kuvassa 1.8.2 näyttää suljetun tasavirtapiirin. Ketjun osa ( CD) on homogeeninen.

Ohmin lain mukaan

$$IR = \Delta\phi_(cd)$$

Juoni ( ab) sisältää virtalähteen, jonka emf on yhtä suuri kuin \(\mathcal(E)\).

Ohmin lain mukaan heterogeeniselle alueelle

$$Ir = \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$

Lisäämällä molemmat yhtäläisyydet, saamme:

$$I(R+r) = \Delta\phi_(cd) + \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$

Mutta \(\Delta\phi_(cd) = \Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab)\).

$$\väri(sininen)(I=\frac(\mathcal(E))(R + r))$$

Tämä kaava ilmaisee Ohmin laki täydelliselle piirille : virran voimakkuus koko piirissä on yhtä suuri kuin lähteen sähkömotorinen voima jaettuna piirin homogeenisten ja epähomogeenisten osien vastusten summalla (lähteen sisäinen vastus).

Resistanssi r heterogeeninen alue kuvassa. 1.8.2 voidaan ajatella sisäinen vastus nykyinen lähde . Tässä tapauksessa alue ( ab) kuvassa. 1.8.2 on lähteen sisäinen osa. Jos pisteitä a Ja b oikosulku johtimen kanssa, jonka resistanssi on pieni verrattuna lähteen sisäiseen resistanssiin (\(R\ \ll r\)), niin piiri virtaa oikosulkuvirta

$$I_(kz)=\frac(\mathcal(E))(r)$$

Oikosulkuvirta on suurin virta, joka voidaan saada tietystä lähteestä sähkömoottorivoimalla \(\mathcal(E)\) ja sisäisellä resistanssilla \(r\). Alhaisen sisäisen resistanssin lähteissä oikosulkuvirta voi olla erittäin korkea ja aiheuttaa sähköpiirin tai lähteen tuhoutumisen. Esimerkiksi autoissa käytetyissä lyijyakuissa voi olla useiden satojen ampeerien oikosulkuvirta. Oikosulut sähköasemilta (tuhansia ampeeria) saavissa valaistusverkoissa ovat erityisen vaarallisia. Välttää tuhoisaa toimintaa tällaiset suuret virrat, sulakkeet tai erityiset katkaisijat sisältyvät piiriin.

Joissakin tapauksissa oikosulkuvirran vaarallisten arvojen estämiseksi jokin ulkoinen vastus on kytketty sarjaan lähteeseen. Sitten vastustusta r on yhtä suuri kuin lähteen sisäisen resistanssin ja ulkoisen vastuksen summa, ja oikosulun aikana virran voimakkuus ei ole liian suuri.

Jos ulkoinen piiri on auki, niin \(\Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab) = \mathcal(E)\, eli avoimen akun napojen potentiaaliero on yhtä suuri kuin sen emf.

Jos ulkoinen kuormitusvastus R päällä ja virta kulkee akun läpi minä, potentiaaliero sen napoissa muuttuu yhtä suureksi

$$\Delta \phi_(ba) = \mathcal(E) - Ir$$

Kuvassa 1.8.3 esittää kaavamaisen esityksen tasavirtalähteestä, jonka emf on yhtä suuri kuin \(\mathcal(E)\) ja sisäinen vastus r kolmessa tilassa: "tyhjäkäynti", kuormakäyttö ja oikosulkutila (oikosulku). Akun sisällä olevan sähkökentän intensiteetti \(\overrightarrow(E)\) ja positiivisiin varauksiin vaikuttavat voimat näytetään:\(\overrightarrow(F)_(e)\) - sähkövoima ja \(\overrightarrow( F)_(st )\) on ulkopuolinen voima. Oikosulkutilassa akun sisällä oleva sähkökenttä katoaa.

Niitä käytetään jännitteiden ja virtojen mittaamiseen tasavirtapiireissä erikoislaitteet - volttimittarit Ja ampeerimittarit.

Volttimittari suunniteltu mittaamaan sen liittimiin kohdistuvaa potentiaalieroa. Hän yhdistää rinnakkain piirin osa, jossa potentiaaliero mitataan. Jokaisella volttimittarilla on sisäinen resistanssi \(R_(V)\). Jotta volttimittari ei aiheuta havaittavaa virtojen uudelleenjakautumista, kun se on kytketty mitattavaan piiriin, sen sisäisen resistanssin on oltava suuri verrattuna sen piirin osan resistanssiin, johon se on kytketty. Kuvassa esitetylle piirille. 1.8.4, tämä ehto kirjoitetaan seuraavasti:

$$R_(B)\gg R_(1)$$

Tämä ehto tarkoittaa, että volttimittarin läpi virtaava virta \(I_(V) = \Delta \phi_(cd) / R_(V)\) on paljon pienempi kuin virta \(I = \Delta \phi_(cd) / R_ (1 )\), joka virtaa piirin testatun osan läpi.

Koska volttimittarin sisällä ei vaikuta ulkoisia voimia, potentiaaliero sen liittimissä on määritelmän mukaan sama kuin jännite. Siksi voimme sanoa, että volttimittari mittaa jännitettä.

Ampeerimittari suunniteltu mittaamaan virtapiirissä. Ampeerimittari on kytketty sarjaan avoimeen piiriin siten, että koko mitattu virta kulkee sen läpi. Ampeerimittarissa on myös sisäistä vastusta \(R_(A)\). Toisin kuin volttimittarin, ampeerimittarin sisäisen resistanssin on oltava melko pieni verrattuna koko piirin kokonaisresistanssiin. Kuvan piirille. 1.8.4 Ampeerimittarin resistanssin on täytettävä ehto

$$R_(A) \ll (r + R_(1) + R(2))$$

niin, että kun ampeerimittari kytketään päälle, virtapiirissä ei muutu.

Mittauslaitteita - volttimittareita ja ampeerimittareita - on kahta tyyppiä: osoitin (analoginen) ja digitaalinen. Digitaaliset sähkömittarit ovat monimutkaisia ​​elektronisia laitteita. Yleensä digitaaliset laitteet tarjoavat enemmän korkea tarkkuus mitat.

Syy tämän artikkelin kirjoittamiseen ei ollut näiden kaavojen monimutkaisuus, vaan se, että minkä tahansa piirien suunnittelun ja kehittämisen aikana on usein tarpeen käydä läpi sarja arvoja vaadittujen parametrien saavuttamiseksi tai piirin tasapainottamiseksi. . Tämä artikkeli ja siinä oleva laskin yksinkertaistavat tätä valintaa ja nopeuttavat suunnitelmasi toteuttamista. Myös artikkelin lopussa annan useita menetelmiä Ohmin lain peruskaavan muistamiseen. Nämä tiedot ovat hyödyllisiä aloittelijoille. Vaikka kaava on yksinkertainen, joskus on epäselvyyttä siitä, missä ja mikä parametrin tulisi olla, varsinkin aluksi.

Radioelektroniikassa ja sähkötekniikassa Ohmin lakia ja tehonlaskentakaavaa käytetään useammin kuin mitään muuta kaavaa. Ne määrittelevät tiukan suhteen neljän yleisimmän sähkösuureen: virran, jännitteen, vastuksen ja tehon välillä.

Ohmin laki. Georg Simon Ohm löysi ja todisti tämän suhteen vuonna 1826. Piirin osan kohdalla se kuulostaa tältä: virta on suoraan verrannollinen jännitteeseen ja kääntäen verrannollinen vastukseen

Näin peruskaava kirjoitetaan:

Muuttamalla peruskaavaa voit löytää kaksi muuta määrää:

Tehoa. Sen määritelmä on seuraava: teho on jännitteen ja virran hetkellisten arvojen tulo missä tahansa sähköpiirin osassa.

Kaava hetkellisen sähkötehon saamiseksi:

Alla on online-laskin Ohmin lain ja tehon laskemiseen. Tämän laskimen avulla voit määrittää neljän sähkösuureen välisen suhteen: virran, jännitteen, vastuksen ja tehon. Voit tehdä tämän kirjoittamalla mitkä tahansa kaksi arvoa. Ylös- ja alanuolinäppäimillä voit muuttaa syötettyä arvoa yhden askelin. Myös määrien mitat voidaan valita. Lisäksi parametrien valinnan helpottamiseksi laskimella voit tallentaa jopa kymmenen aiemmin tehtyä laskutoimitusta mitoilla, joilla itse laskelmat suoritettiin.

Kun opiskelimme radiotekniikan korkeakoulussa, meidän piti opetella ulkoa paljon asioita. Ja jotta se olisi helpompi muistaa, Ohmin laista on kolme huijauslehteä. Tässä ovat käyttämämme menetelmät.

Ensimmäinen on muistisääntö. Jos ilmaistamme vastuksen Ohmin lain kaavasta, niin R = lasi.

Toinen on kolmiomenetelmä. Sitä kutsutaan myös Ohmin lain maagiseksi kolmioksi.

Jos revimme pois etsittävän arvon, niin jäljelle jäävässä osassa saamme kaavan sen löytämiseksi.

Kolmanneksi. Se on enemmänkin huijauslehti, joka yhdistää kaikki neljän sähkösuureen peruskaavat.

Se on yhtä helppokäyttöinen kuin kolmio. Valitsemme parametrin, jonka haluamme laskea, se sijaitsee pienessä ympyrässä keskellä ja saamme kolme kaavaa sen laskemiseen. Valitse seuraavaksi tarvitsemasi.

Tätä ympyrää, kuten kolmiota, voidaan kutsua maagiseksi.

Kuten sähkövirta, jännite, vastus ja teho. On tullut aika sähköisten peruslakien, niin sanotusti, perustalle, jonka tietämättä ja ymmärtämättä on mahdotonta tutkia ja ymmärtää elektronisia piirejä ja laitteita.

Ohmin laki

Sähkövirta, jännite, vastus ja teho liittyvät varmasti toisiinsa. Ja niiden välistä suhdetta kuvailee epäilemättä tärkein sähkölaki – Ohmin laki. Yksinkertaistetussa muodossa tätä lakia kutsutaan: Ohmin laki piirin osuudelle. Ja tämä laki kuulostaa tältä:

"Virran voimakkuus piirin osassa on suoraan verrannollinen jännitteeseen ja kääntäen verrannollinen piirin tietyn osan sähköiseen vastukseen."

varten käytännön sovellus Ohmin lain kaava voidaan esittää sellaisen kolmion muodossa, joka kaavan pääesityksen lisäksi auttaa määrittämään muita määriä.

Kolmio toimii seuraavasti. Jos haluat laskea jonkin määristä, peitä se vain sormella. Esimerkiksi:

Edellisessä artikkelissa piirrettiin analogia sähkön ja veden välillä ja tunnistettiin jännitteen, virran ja vastuksen välinen suhde. Ohmin lain hyvä tulkinta voi olla myös seuraava kuva, joka osoittaa selvästi lain olemuksen:

Siinä näemme, että "Volt" (jännite) mies työntää "Ampere" (virta) miehen johtimen läpi, joka vetää yhteen "Ohm" (vastus)miehen. Joten käy ilmi, että mitä voimakkaampi vastus puristaa johtimen, sitä vaikeampi virran on kulkea sen läpi ("virran voimakkuus on kääntäen verrannollinen piiriosan resistanssiin" - tai mitä suurempi vastus, huonompi se on virralle ja mitä pienempi se on). Mutta jännite ei nuku ja työntää virtaa kaikella voimalla (mitä suurempi jännite, sitä suurempi virta tai - "virran voimakkuus piirin osassa on suoraan verrannollinen jännitteeseen").

Kun taskulamppu alkaa loistaa himmeästi, sanomme "akku on vähissä". Mitä sille tapahtui, mitä se tarkoittaa, että se on purkautunut? Tämä tarkoittaa, että akun jännite on laskenut eikä se enää "auta" virtaa voittamaan taskulampun ja hehkulamppupiirien vastusta. Joten käy ilmi, että mitä korkeampi jännite, sitä suurempi virta.

Sarjaliitäntä - sarjapiiri

klo sarjaliitäntä kuluttajat, esimerkiksi tavalliset hehkulamput, kunkin kuluttajan virranvoimakkuus on sama, mutta jännite on erilainen. Jokaisella kuluttajalla jännite laskee (laskee).

Ja Ohmin laki sarjapiirissä näyttää tältä:

Sarjaan kytkettynä kuluttajavastukset summautuvat. Kokonaisvastuksen laskentakaava:

Rinnakkaiskytkentä - rinnakkaiskytkentä

Rinnakkaiskytkennässä jokaiselle kuluttajalle syötetään sama jännite, mutta kunkin kuluttajan läpi kulkeva virta, jos niiden vastus on erilainen, on erilainen.

Ohmin laki kolmen kuluttajan rinnakkaispiirille näyttää tältä:

Rinnakkain kytkettynä piirin kokonaisresistanssi on aina pienempi kuin pienin yksittäinen vastus. Tai he myös sanovat, että "vastus on pienempi kuin vähiten".

Kahdesta rinnakkaisessa kytkennässä olevasta kuluttajasta koostuvan piirin kokonaisresistanssi:

Kolmesta rinnakkaisliitännässä olevasta kuluttajasta koostuvan piirin kokonaisresistanssi:

varten lisää kuluttajille, laskenta perustuu siihen, että rinnakkaisliitännällä johtavuus (resistanssin käänteisarvo) lasketaan kunkin kuluttajan johtavuuksien summana.

Sähkövoima

Teho on fyysinen suure, joka kuvaa siirto- tai muunnosnopeutta sähköenergiaa. Teho lasketaan seuraavalla kaavalla:

Näin ollen, kun tiedämme lähdejännitteen ja mittaamalla kulutetun virran, voimme määrittää sähkölaitteen kuluttaman tehon. Ja päinvastoin, kun tiedämme sähkölaitteen tehon ja verkkojännitteen, voimme määrittää kulutetun virran määrän. Tällaiset laskelmat ovat joskus tarpeen. Esimerkiksi sulakkeita tai katkaisijoita käytetään sähkölaitteiden suojaamiseen. Oikeiden suojavarusteiden valitsemiseksi sinun on tiedettävä nykyinen kulutus. Käytetyt sulakkeet kodinkoneet pääsääntöisesti korjataan ja niiden palauttaminen riittää

Ohmin laki piirin osuudelle on kokeellisesti (empiirisesti) laki, joka määrittää yhteyden piirin osan virran voimakkuuden ja tämän osan päissä olevan jännitteen ja sen vastuksen välille. Ohmin lain tiukka muotoilu piirin osuudelle on kirjoitettu seuraavasti: virran voimakkuus piirissä on suoraan verrannollinen sen osan jännitteeseen ja kääntäen verrannollinen tämän osan resistanssiin.

Ohmin lain kaava piirin osuudelle kirjoitetaan seuraavasti:

I – virran voimakkuus johtimessa [A];

U – sähköjännite(potentiaaliero) [V];

R – johtimen sähkövastus (tai yksinkertaisesti vastus) [Ohm].

Historiallisesti Ohmin lain resistanssia R piirin osuudelle pidetään johtimen pääominaisuutena, koska se riippuu yksinomaan tämän johtimen parametreista. On huomattava, että Ohmin laki mainitussa muodossa pätee metalleille ja elektrolyyttiliuoksille (sulate) ja vain niille piireille, joissa ei ole todellista virtalähdettä tai virtalähde on ihanteellinen. Ihanteellinen virtalähde on sellainen, jolla ei ole omaa (sisäistä) vastusta. Voit oppia lisää Ohmin laista, jota sovelletaan virtalähteellä varustettuun piiriin, artikkelistamme. Tarkastellaan positiivista suuntaa vasemmalta oikealle (katso alla oleva kuva). Tällöin alueen jännite on yhtä suuri kuin potentiaaliero.

φ 1 - potentiaali kohdassa 1 (osion alussa);

φ 2 - potentiaali kohdassa 2 (osion lopussa).

Jos ehto φ 1 > φ 2 täyttyy, niin jännite U > 0. Näin ollen johtimessa olevat jännitejohdot on suunnattu pisteestä 1 pisteeseen 2, mikä tarkoittaa, että virta kulkee tähän suuntaan. Tätä virran suuntaa pidämme positiivisena I > O.

Harkitsemme yksinkertaisin esimerkki määritetään resistanssi piirin osassa Ohmin lain avulla. Sähköpiirillä tehdyn kokeen tuloksena ampeerimittari (laite, joka näyttää virran voimakkuuden) näyttää ja volttimittari. On tarpeen määrittää piiriosan vastus.

Ohmin lain määritelmän mukaan piirin osuudelle

Opiskellessaan Ohmin lakia ketjun osalle 8. luokalla opettajat kysyvät usein oppilailta seuraavat kysymykset vahvistaakseen käsiteltyä materiaalia:

Minkä suureiden välille Ohmin laki muodostaa suhteen piirin osuudelle?

Oikea vastaus: virran [I], jännitteen [U] ja resistanssin [R] välillä.

Miksi virran voimakkuus riippuu jännitteen lisäksi?

Oikea vastaus: Vastusta

Miten virran voimakkuus riippuu johtimen jännitteestä?

Oikea vastaus: Suoraan verrannollinen

Miten virran voimakkuus riippuu resistanssista?

Oikea vastaus: kääntäen verrannollinen.

Nämä kysymykset kysytään, jotta 8. luokalla oppilaat muistavat piirin osille Ohmin lain, jonka määritelmän mukaan virran voimakkuus on suoraan verrannollinen johtimen päissä olevaan jännitteeseen, jos johtimen vastus ei ole muuttaa.

Ohmin laki täydelliselle piirille on empiirinen (johdettu kokeesta) laki, joka määrittää suhteen virran voimakkuuden, sähkömotorisen voiman (EMF) ja ulkoisen ja sisäisen resistanssin välillä piirissä.

Suorittaessaan todellisia tutkimuksia piirien sähköisistä ominaisuuksista DC on tarpeen ottaa huomioon itse virtalähteen vastus. Siten fysiikassa siirrytään ihanteellisesta virtalähteestä todelliseen virtalähteeseen, jolla on oma vastus (ks. kuva 1).

Riisi. 1. Kuva ihanteellisista ja todellisista virtalähteistä

Virtalähteen, jolla on oma vastus, huomioon ottaminen edellyttää Ohmin lain käyttöä koko piirissä.

Muotoilkaamme Ohmin laki täydelliselle piirille seuraavasti (katso kuva 2): virran voimakkuus täydellisessä piirissä on suoraan verrannollinen emf:iin ja kääntäen verrannollinen piirin kokonaisresistanssiin, jossa kokonaisresistanssi ymmärretään summana ulkoisista ja sisäisistä vastuksista.

Riisi. 2. Ohmin lain kaavio täydelliselle piirille.

• R – ulkoinen vastus [Ohm];
• r – EMF-lähteen vastus (sisäinen) [Ohm];
• I – virranvoimakkuus [A];
• ε – virtalähteen EMF [V].

Katsotaanpa joitain tämän aiheen ongelmia. Ohmin lain ongelmat täydelliselle piirille annetaan yleensä 10. luokan oppilaille, jotta he ymmärtävät paremmin määritellyn aiheen.

I. Määritä virta piirissä, jossa on hehkulamppu, resistanssi 2,4 ohmia ja virtalähde, jonka emf on 10 V ja sisäinen vastus 0,1 ohmia.

Ohmin lain määritelmän mukaan täydelliselle piirille virran voimakkuus on yhtä suuri:

II. Määritä virtalähteen sisäinen resistanssi, jonka emf on 52 V. Jos tiedetään, että kun tämä virtalähde on kytketty piiriin, jonka resistanssi on 10 ohmia, ampeerimittari näyttää arvoa 5 A.

Kirjoitetaan Ohmin laki koko piirille ja ilmaistaan ​​siitä sisäinen vastus:

III. Eräänä päivänä koulupoika kysyi fysiikan opettajaltaan: "Miksi akku loppuu?" Kuinka vastata tähän kysymykseen oikein?

Tiedämme jo, että todellisella lähteellä on oma vastus, joka määräytyy joko galvaanisten kennojen ja akkujen elektrolyyttiliuosten resistanssista tai generaattoreiden johtimien resistanssista. Ohmin lain mukaan täydelliselle piirille:

siksi virtapiirissä voi laskea joko emf:n pienenemisen tai sisäisen vastuksen lisääntymisen vuoksi. Akun emf-arvo on lähes vakio. Tämän seurauksena virta piirissä pienenee sisäisen vastuksen lisääntymisen vuoksi. Joten "akku" loppuu, kun sen sisäinen vastus kasvaa.