Sheria ya Ohm kwa maneno rahisi. Sheria ya Ohm kwa "dummies": dhana, formula, maelezo

Moja ya sheria zinazotumika sana katika uhandisi wa umeme. Sheria hii inaonyesha uhusiano kati ya kiasi tatu muhimu zaidi: nguvu ya sasa, voltage na upinzani. Uunganisho huu ulitambuliwa na Georg Ohm katika miaka ya 1820, ndiyo sababu sheria hii ilipata jina lake.

Uundaji wa sheria ya Ohm inayofuata:
Ukubwa wa sasa katika sehemu ya mzunguko ni sawia moja kwa moja na voltage inayotumiwa kwa sehemu hii, na kinyume chake ni sawa na upinzani wake.

Utegemezi huu unaweza kuonyeshwa na formula:

Ambapo mimi ni nguvu ya sasa, U ni voltage inayotumiwa kwenye sehemu ya mzunguko, na R ni upinzani wa umeme wa sehemu ya mzunguko.
Kwa hivyo, ikiwa mbili kati ya hizi zinajulikana, ya tatu inaweza kuhesabiwa kwa urahisi.
Sheria ya Ohm inaweza kueleweka kwa mfano rahisi. Tuseme tunahitaji kuhesabu upinzani wa filamenti ya incandescent ya balbu ya tochi na tunajua ukubwa wa voltage ya balbu na sasa inayohitajika kwa uendeshaji wake (bulb yenyewe, ili ujue, ina upinzani wa kutofautiana, lakini kwa kwa mfano, wacha tuichukue kama mara kwa mara). Ili kuhesabu upinzani, ni muhimu kugawanya thamani ya voltage kwa thamani ya sasa. Jinsi ya kukumbuka formula ya sheria ya Ohm ili kuhesabu kwa usahihi? Na ni rahisi sana kuifanya! Unahitaji tu kujikumbusha kama kwenye picha hapa chini.
Sasa, ukizingatia maadili yoyote kwa mkono wako, utaelewa mara moja jinsi ya kuipata. Ikiwa unafunga barua I, inakuwa wazi kwamba ili kupata nguvu za sasa, unahitaji kugawanya voltage kwa upinzani.
Sasa hebu tuone ni nini maneno "sawa moja kwa moja na sawia" yanamaanisha nini katika uundaji wa sheria. Maneno "ukubwa wa sasa katika sehemu ya mzunguko ni sawa sawa na voltage inayotumiwa kwa sehemu hii" inamaanisha kwamba ikiwa voltage katika sehemu ya mzunguko huongezeka, basi sasa katika sehemu hii pia itaongezeka. Kwa maneno rahisi, voltage zaidi, zaidi ya sasa. Na usemi "inversely sawia na upinzani wake" ina maana kwamba upinzani mkubwa, sasa itakuwa chini.
Fikiria mfano na uendeshaji wa balbu ya mwanga katika tochi. Wacha tuseme kwamba tochi inahitaji betri tatu kufanya kazi, kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro hapa chini, ambapo GB1 - GB3 ni betri, S1 ni swichi, HL1 ni balbu nyepesi.

Wacha tufikirie kuwa upinzani wa balbu ni mara kwa mara, ingawa inapokanzwa, upinzani wake huongezeka. Mwangaza wa balbu ya mwanga itategemea nguvu ya sasa, zaidi ni, mkali zaidi wa taa huwaka. Sasa, fikiria kwamba badala ya betri moja, tuliingiza jumper, na hivyo kupunguza voltage.
Nini kitatokea kwa balbu?
Itaangazia zaidi (nguvu ya sasa imepungua), ambayo inathibitisha sheria ya Ohm:
chini ya voltage, the nguvu kidogo sasa.

Hivi ndivyo sheria hii ya kimwili tunayokutana nayo Maisha ya kila siku.
Bonasi haswa kwako ni picha ya katuni inayoelezea sheria ya Ohm kwa rangi.

Hii ilikuwa makala ya ukaguzi. Tunazungumza juu ya sheria hii kwa undani zaidi katika makala inayofuata "", kwa kuzingatia kila kitu kwenye mifano mingine ngumu zaidi.

Ikiwa haifanyi kazi na fizikia, Kiingereza kwa watoto (http://www.anylang.ru/order-category/?slug=live_language) kama chaguo mbadala la ukuzaji.

Ni muhimu kuelewa kwamba formula R \u003d U / I inakuwezesha tu kuhesabu upinzani wa sehemu ya mzunguko, lakini haionyeshi utegemezi wa upinzani juu ya voltage na nguvu za sasa.

Sheria ya Ohm kwa sehemu ya mzunguko

Ili usichanganyike katika utoaji wa fomula za derivative, panga maadili katika pembetatu, kama ilivyo kwenye Mchoro 2. Funga thamani inayotaka kwa kidole chako. Mpangilio wa pamoja iliyobaki itaonyesha ni hatua gani zinapaswa kuchukuliwa.

Sheria ya Ohm kwa sehemu ya mzunguko ni sheria iliyopatikana kwa majaribio (empirically) ambayo huanzisha uhusiano kati ya nguvu ya sasa katika sehemu ya mzunguko na voltage katika mwisho wa sehemu hii na upinzani wake. Uundaji mkali wa sheria ya Ohm kwa sehemu ya mzunguko umeandikwa kama ifuatavyo: nguvu ya sasa katika mzunguko ni sawa na voltage katika sehemu yake na inapingana na upinzani wa sehemu hii.

Kanuni ya sheria ya Ohm kwa sehemu ya mnyororo imeandikwa kama ifuatavyo:

I - nguvu ya sasa katika kondakta [A];

U- voltage ya umeme(tofauti inayowezekana) [V];

R ni upinzani wa umeme (au upinzani tu) wa kondakta [Ohm].

Kwa kihistoria, upinzani R katika sheria ya Ohm kwa sehemu ya mzunguko inachukuliwa kuwa tabia kuu ya kondakta, kwani inategemea tu vigezo vya kondakta huyu. Ikumbukwe kwamba sheria ya Ohm katika fomu iliyotajwa ni halali kwa metali na ufumbuzi (huyeyuka) ya electrolytes na tu kwa nyaya hizo ambapo hakuna chanzo halisi cha sasa au chanzo cha sasa ni bora. Chanzo bora cha sasa ni kile ambacho hakina upinzani wake (wa ndani). Habari zaidi kuhusu sheria ya Ohm kama inavyotumika kwa saketi iliyo na chanzo cha sasa inaweza kupatikana katika nakala yetu. Tunakubali kuzingatia mwelekeo mzuri kutoka kushoto kwenda kulia (tazama takwimu hapa chini). Kisha voltage kwenye sehemu ni sawa na tofauti inayowezekana.

φ 1 - uwezo katika hatua ya 1 (mwanzoni mwa sehemu);

φ 2 - uwezo katika hatua ya 2 (na mwisho wa sehemu).

Ikiwa hali φ 1 > φ 2 imeridhika, basi voltage U > 0. Kwa hiyo, mistari ya mvutano katika conductor inaelekezwa kutoka hatua ya 1 hadi 2, na hivyo sasa inapita katika mwelekeo huu. Ni mwelekeo huu wa mkondo ambao tutazingatia chanya I > O.

Fikiria mfano rahisi zaidi uamuzi wa upinzani katika sehemu ya mzunguko kwa kutumia sheria ya Ohm. Kama matokeo ya majaribio na mzunguko wa umeme, ammeter (kifaa kinachoonyesha nguvu ya sasa) inaonyesha, na voltmeter. Ni muhimu kuamua upinzani wa sehemu ya mzunguko.

Kwa ufafanuzi wa sheria ya Ohm kwa sehemu ya mnyororo

Wakati wa kusoma sheria ya Ohm kwa sehemu ya mzunguko katika darasa la 8 la shule, walimu mara nyingi huwauliza wanafunzi maswali yafuatayo ili kuimarisha nyenzo zinazoshughulikiwa:

Sheria ya Ohm kwa sehemu ya mnyororo huanzisha uhusiano kati ya idadi gani?

Jibu sahihi: kati ya sasa [I], voltage [U] na upinzani [R].

Kwa nini sasa inategemea voltage?

Jibu sahihi: upinzani

Nguvu ya sasa inategemeaje voltage ya kondakta?

Jibu Sahihi: Moja kwa moja sawia

Je, sasa inategemea vipi upinzani?

Jibu sahihi: sawia.

Maswali haya yanaulizwa ili wanafunzi wa darasa la 8 waweze kukumbuka sheria ya Ohm kwa sehemu za mzunguko, ufafanuzi ambao unasema kwamba nguvu ya sasa ni sawa na voltage kwenye mwisho wa kondakta, ikiwa upinzani wa conductor haufanyi. mabadiliko.

Kwa fundi umeme na mhandisi wa umeme, moja ya sheria za msingi ni Sheria ya Ohm. Kila siku, kazi huleta changamoto mpya kwa mtaalamu, na mara nyingi ni muhimu kupata nafasi ya kupinga kuchomwa moto au kikundi cha vipengele. Mtaalamu wa umeme mara nyingi anapaswa kubadilisha nyaya ili kuchagua moja sahihi, unahitaji "kukadiria" sasa katika mzigo, kwa hiyo unapaswa kutumia sheria rahisi zaidi za kimwili na mahusiano katika maisha ya kila siku. Umuhimu wa Sheria ya Ohm katika uhandisi wa umeme ni mkubwa, kwa njia, wengi hizi utaalam wa umeme huhesabiwa kwa 70-90% kulingana na formula moja.

Rejea ya kihistoria

Sheria ya Ohm iligunduliwa mnamo 1826 na mwanasayansi wa Ujerumani Georg Ohm. Aliamua kwa nguvu na kuelezea sheria juu ya uwiano wa sasa, voltage na aina ya kondakta. Baadaye ikawa kwamba sehemu ya tatu sio chochote lakini upinzani. Baadaye, sheria hii iliitwa jina la mgunduzi, lakini suala hilo halikuwa na sheria tu, na walimwita kwa jina lake la mwisho. wingi wa kimwili kama pongezi kwa kazi yake.

Thamani ambayo upinzani hupimwa inaitwa baada ya Georg Ohm. Kwa mfano, vipinga vina sifa mbili kuu: nguvu katika watts na upinzani - kitengo cha kipimo katika ohms, kiloohms, megaohms, nk.

Sheria ya Ohm kwa sehemu ya mzunguko

Ili kuelezea mzunguko wa umeme ambao hauna EMF, unaweza kutumia sheria ya Ohm kwa sehemu ya mzunguko. Hii ndiyo zaidi fomu rahisi kumbukumbu. Inaonekana kama hii:

Ambapo mimi ni sasa, kipimo katika Amps, U ni voltage katika volts, R ni upinzani katika ohms.

Fomula hii inatuambia kwamba sasa ni sawia moja kwa moja na voltage na inversely sawia na upinzani - hii ni uundaji halisi wa Sheria ya Ohm. Maana ya kimwili ya formula hii ni kuelezea utegemezi wa sasa kupitia sehemu ya mzunguko na upinzani wake unaojulikana na voltage.

Makini! Fomula hii ni halali kwa mkondo wa moja kwa moja, kwa mkondo wa kubadilisha unao tofauti ndogo, tutarudi kwa hili baadaye.

Mbali na uwiano wa kiasi cha umeme, fomu hii inatuambia kwamba grafu ya sasa dhidi ya voltage katika upinzani ni ya mstari na equation ya kazi inatimizwa:

f(x) = ky au f(u) = IR au f(u)=(1/R)*I

Sheria ya Ohm kwa sehemu ya mzunguko hutumiwa kuhesabu upinzani wa kupinga katika sehemu ya mzunguko au kuamua sasa kwa njia hiyo na voltage inayojulikana na upinzani. Kwa mfano, tuna upinzani wa R na upinzani wa 6 ohms, voltage ya 12 V inatumiwa kwenye vituo vyake. Tunahitaji kujua ni kiasi gani cha sasa kitapita ndani yake. Hebu tuhesabu:

I=12V/6Ω=2A

Kondakta bora hawana upinzani, hata hivyo, kutokana na muundo wa molekuli ya dutu ambayo imeundwa, mwili wowote wa conductive una upinzani. Kwa mfano, hii ilikuwa sababu ya mpito kutoka kwa waya za alumini hadi waya za shaba katika mitandao ya umeme ya nyumbani. Upinzani maalum wa shaba (Ohm kwa mita 1 ya urefu) ni chini ya ile ya alumini. Kwa mtiririko huo waya za shaba wao joto kidogo, kuhimili mikondo ya juu, ambayo ina maana unaweza kutumia waya wa sehemu ndogo ya msalaba.

Mfano mwingine ni spirals. vifaa vya kupokanzwa na resistors wana resistivity kubwa, tk. zimetengenezwa kwa metali mbalimbali zinazostahimili upinzani wa juu, kama vile nichrome, kanthal, n.k. Vibeba chaji vinaposonga kupitia kondakta, hugongana na chembe kwenye kimiani ya fuwele, kwa sababu hiyo, nishati hutolewa kwa namna ya joto na kondakta. joto juu. Zaidi ya sasa - migongano zaidi - inapokanzwa zaidi.

Ili kupunguza joto, kondakta lazima afupishwe au unene wake uongezwe (eneo sehemu ya msalaba) Habari hii inaweza kuandikwa kama fomula:

Waya R =ρ(L/S)

ρ iko wapi resistivity katika Ohm * mm 2 / m, L - urefu katika m, S - eneo la sehemu ya msalaba.

Sheria ya Ohm kwa mzunguko wa sambamba na mfululizo

Kulingana na aina ya uunganisho, kuna tabia tofauti mtiririko wa sasa na usambazaji wa voltage. Kwa sehemu ya mzunguko wa uunganisho wa mfululizo wa vipengele, voltage, sasa na upinzani hupatikana na formula:

Hii ina maana kwamba sasa sawa inapita katika mzunguko wa idadi ya kiholela ya vipengele vilivyounganishwa mfululizo. Katika kesi hiyo, voltage inayotumiwa kwa vipengele vyote (jumla ya matone ya voltage) ni sawa na voltage ya pato la chanzo cha nguvu. Kila kipengele kina thamani yake ya voltage na inategemea nguvu ya sasa na upinzani wa moja fulani:

U barua pepe \u003d I * R kipengele

Upinzani wa sehemu ya mzunguko kwa vitu vilivyounganishwa sambamba huhesabiwa na formula:

1/R=1/R1+1/R2

Kwa uunganisho uliochanganywa, unahitaji kuleta mlolongo kwa fomu sawa. Kwa mfano, ikiwa kupinga moja kunaunganishwa na vipinga viwili vilivyounganishwa kwa sambamba, basi kwanza uhesabu upinzani wa wale waliounganishwa sambamba. Utapata upinzani wa jumla wa vipinga viwili na lazima tu uiongeze kwa moja ya tatu, ambayo imeunganishwa katika mfululizo nao.

Sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili

Mzunguko kamili unahitaji chanzo cha nguvu. Chanzo bora cha nguvu ni kifaa ambacho kina sifa moja:

• voltage, ikiwa ni chanzo cha EMF;
• nguvu ya sasa, ikiwa ni chanzo cha sasa;

Ugavi huo wa umeme una uwezo wa kutoa nguvu yoyote kwa vigezo vya pato la mara kwa mara. Katika chanzo halisi cha nguvu, pia kuna vigezo kama vile nguvu na upinzani wa ndani. Kimsingi, upinzani wa ndani ni kipingamizi cha kufikiria katika mfululizo na chanzo cha EMF.

Fomu ya Sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili inaonekana sawa, lakini upinzani wa ndani wa usambazaji wa umeme huongezwa. Kwa mlolongo kamili, imeandikwa na formula:

I=ε/(R+r)

Ambapo ε ni EMF katika Volts, R ni upinzani wa mzigo, r ni upinzani wa ndani wa usambazaji wa nguvu.

Katika mazoezi, upinzani wa ndani ni sehemu ya ohm, na kwa vyanzo vya galvanic huongezeka kwa kiasi kikubwa. Uliona hili wakati betri mbili (mpya na zilizokufa) zina voltage sawa, lakini moja hutoa sasa inayohitajika na inafanya kazi vizuri, na ya pili haifanyi kazi, kwa sababu. hupungua kwa mzigo mdogo.

Sheria ya Ohm katika fomu tofauti na muhimu

Kwa sehemu ya homogeneous ya mzunguko, fomula zilizo hapo juu ni halali; kwa kondakta asiye na usawa, inahitajika kuigawanya katika sehemu fupi zaidi ili mabadiliko katika vipimo vyake yapunguzwe ndani ya sehemu hii. Hii inaitwa Sheria ya Ohm katika fomu tofauti.

Kwa maneno mengine: wiani wa sasa ni sawia moja kwa moja na ukubwa na conductivity kwa sehemu ndogo isiyo na kikomo ya kondakta.

Katika fomu muhimu:

Sheria ya Ohm ya kubadilisha mkondo

Wakati wa kuhesabu nyaya za AC, badala ya dhana ya upinzani, dhana ya "impedance" imeanzishwa. Impedans inaonyeshwa na barua Z, inajumuisha upinzani wa kazi wa mzigo R a na reactance X (au R r). Hii ni kutokana na sura ya sasa ya sinusoidal (na mikondo ya aina nyingine yoyote) na vigezo vya vipengele vya inductive, pamoja na sheria za kubadili:

1. Ya sasa katika mzunguko wa inductive haiwezi kubadilika mara moja.
2. Voltage katika mzunguko na capacitance haiwezi kubadilika mara moja.

Kwa hivyo, sasa huanza kupungua au kuongoza voltage, na nguvu inayoonekana imegawanywa katika kazi na tendaji.

X L na X C ni vipengele tendaji vya mzigo.

Katika suala hili, thamani ya cosФ inaletwa:

Hapa - Q - nguvu tendaji kutokana na kubadilisha sasa na inductive-capacitive vipengele, P - nguvu kazi (dissipated katika vipengele kazi), S - nguvu inayoonekana, cosФ - nguvu sababu.

Huenda umeona kwamba fomula na uwakilishi wake unaingiliana na nadharia ya Pythagorean. Hii ni kweli na angle Ф inategemea jinsi sehemu ya tendaji ya mzigo ni kubwa - kubwa zaidi, ni kubwa zaidi. Kwa mazoezi, hii inaongoza kwa ukweli kwamba sasa inapita kweli kwenye mtandao ni kubwa zaidi kuliko ile inayozingatiwa na mita ya kaya, wakati makampuni ya biashara yanalipa nguvu kamili.

Katika kesi hii, upinzani unawasilishwa kwa fomu ngumu:

Hapa j ni kitengo cha kufikiria, ambacho ni kawaida kwa aina changamano ya milinganyo. Chini ya kawaida inajulikana kama i, lakini katika uhandisi wa umeme, thamani ya ufanisi ya sasa mbadala pia inaashiria, kwa hiyo, ili usichanganyike, ni bora kutumia j.

Sehemu ya kufikirika ni √-1. Ni busara kwamba hakuna nambari kama hiyo wakati wa kugonga, ambayo inaweza kupatikana matokeo mabaya"-1".

Jinsi ya kukumbuka sheria ya Ohm

Kukumbuka Sheria ya Ohm - unaweza kukariri maneno kwa maneno rahisi aina:

Voltage ya juu, ya juu ya sasa; juu ya upinzani, chini ya sasa.

Au tumia picha na sheria za mnemonic. Ya kwanza ni uwakilishi wa sheria ya Ohm kwa namna ya piramidi - kwa ufupi na kwa uwazi.

Kanuni ya mnemonic ni aina iliyorahisishwa ya dhana kwa ajili ya kuelewa na kujifunza kwa urahisi na rahisi. Inaweza kuwa ya maneno au ya picha. Ili kupata kwa usahihi formula inayotakiwa, funga thamani inayotakiwa na kidole chako na upate jibu kwa namna ya bidhaa au mgawo. Hivi ndivyo inavyofanya kazi:

Ya pili ni caricature. Inaonyeshwa hapa: zaidi Om anajaribu, vigumu zaidi Ampere hupita, na Volts zaidi, Ampere hupita rahisi zaidi.

Sheria ya Ohm ni moja wapo ya msingi katika uhandisi wa umeme; mahesabu mengi hayawezekani bila ufahamu wake. Na katika kazi ya kila siku, mara nyingi unapaswa kutafsiri au kuamua sasa kwa upinzani. Sio lazima kabisa kuelewa asili yake na asili ya idadi yote - lakini fomula za mwisho zinahitajika kueleweka. Kwa kumalizia, ningependa kutambua kuwa kuna methali ya zamani ya vichekesho kati ya mafundi umeme: "Ikiwa humjui Om, kaa nyumbani." Na ikiwa katika kila mzaha kuna chembe ya ukweli, basi hapa nafaka hii ya ukweli ni 100%. Jifunze msingi wa kinadharia ikiwa unataka kuwa mtaalamu katika mazoezi, na makala nyingine kutoka kwenye tovuti yetu zitakusaidia kwa hili.

Kama( 0 ) Sipendi( 0 )

Sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili ni sheria ya majaribio (iliyopatikana kutoka kwa majaribio) ambayo huanzisha uhusiano kati ya nguvu ya sasa, nguvu ya umeme (EMF) na upinzani wa nje na wa ndani katika mzunguko.

Wakati wa kufanya masomo halisi ya sifa za umeme za nyaya na mkondo wa moja kwa moja ni muhimu kuzingatia upinzani wa chanzo cha sasa yenyewe. Kwa hiyo, katika fizikia, mabadiliko yanafanywa kutoka kwa chanzo bora cha sasa hadi chanzo halisi cha sasa, ambacho kina upinzani wake (angalia Mchoro 1).

Mchele. 1. Picha ya vyanzo bora na halisi vya sasa

Kuzingatia chanzo cha sasa na upinzani wake mwenyewe hulazimisha kutumia sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili.

Tunaunda sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili kama ifuatavyo (tazama Mchoro 2): nguvu ya sasa katika mzunguko kamili ni sawia moja kwa moja na EMF na inversely sawia na upinzani wa jumla wa mzunguko, ambapo upinzani wa jumla unaeleweka kama jumla. upinzani wa nje na wa ndani.

Mchele. 2. Mpango wa sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili.

• R - upinzani wa nje [Ohm];
• r ni upinzani wa chanzo cha EMF (ndani) [Ohm];
• I - nguvu ya sasa [A];
• ε - EMF ya chanzo cha sasa [V].

Hebu tuchunguze baadhi ya kazi kwenye mada hii. Kazi za sheria za Ohm kwa mzunguko kamili kawaida hupewa wanafunzi wa darasa la 10 ili waweze kuelewa vyema mada iliyoainishwa.

I. Kuamua nguvu za sasa katika mzunguko na balbu ya mwanga, upinzani wa 2.4 ohms na chanzo cha sasa ambacho EMF ni 10 V na upinzani wa ndani wa 0.1 ohms.

Kwa ufafanuzi wa sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili, nguvu ya sasa ni:

II. Kuamua upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa na EMF ya 52 V. Ikiwa inajulikana kuwa wakati chanzo hiki cha sasa kinaunganishwa na mzunguko na upinzani wa 10 ohms, ammeter inaonyesha thamani ya 5 A.

Tunaandika sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili na kuelezea upinzani wa ndani kutoka kwake:

III. Wakati fulani mvulana wa shule alimuuliza mwalimu wa fizikia: “Kwa nini betri inapungua?” Jinsi ya kujibu swali hili kwa usahihi?

Tayari tunajua kwamba chanzo halisi kina upinzani wake mwenyewe, ambayo ni kutokana na upinzani wa ufumbuzi wa electrolyte kwa seli za galvanic na betri, au upinzani wa waendeshaji wa jenereta. Kulingana na sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili:

kwa hiyo, sasa katika mzunguko inaweza kupungua ama kutokana na kupungua kwa EMF au kutokana na ongezeko la upinzani wa ndani. Thamani ya EMF ya betri ni karibu mara kwa mara. Kwa hiyo, sasa katika mzunguko hupunguzwa kwa kuongeza upinzani wa ndani. Kwa hiyo, "betri" inakaa chini, kwani upinzani wake wa ndani huongezeka.