Godine 1827. Georg Ohm objavio je svoje istraživanje, koje čini osnovu formule koja se koristi i danas. Ohm je izveo veliki niz eksperimenata koji su pokazali odnos između primijenjenog napona i struje koja teče kroz vodič.

Ovaj zakon je empirijski, odnosno utemeljen na iskustvu. Oznaka "Ohm" usvojena je kao službena SI jedinica za električni otpor.

Ohmov zakon za dio kruga kaže da je električna struja u vodiču izravno proporcionalna razlici potencijala u njemu, a obrnuto proporcionalna njegovom otporu. Uzimajući u obzir da je otpor vodiča (ne treba ga brkati) konstantna vrijednost, to možemo formulirati sljedećom formulom:

• I - struja u amperima (A)
• V - napon u voltima (V)
• R - otpor u ohmima (Ohm)

Za jasnoću: otpornik s otporom od 1 Ohm, kroz koji teče struja od 1 A, ima na svojim stezaljkama potencijalnu razliku (napon) od 1 V.

Njemački fizičar Kirchhoff (poznat po svojim Kirchhoffovim pravilima) napravio je generalizaciju koja se više koristi u fizici:

• σ – vodljivost materijala
• J - gustoća struje
• E - električno polje.

Ohmov zakon i otpornik

Otpornici su pasivni elementi koji pružaju otpor protoku električne struje u krugu. , koji funkcionira u skladu s Ohmovim zakonom, naziva se omski otpor. Kada struja prolazi kroz takav otpornik, pad napona na njegovim stezaljkama proporcionalan je vrijednosti otpora.

Ohmova formula ostaje važeća za krugove s izmjeničnim naponom i strujom. Ohmov zakon nije prikladan za kondenzatore i induktore, budući da njihova strujno-naponska karakteristika (volt-amperska karakteristika) u biti nije linearna.

Ohmova formula također se primjenjuje na strujne krugove s više otpornika, koji mogu biti spojeni u seriju, paralelno ili miješano. Skupine otpornika spojenih u seriju ili paralelno mogu se pojednostaviti kao ekvivalentni otpor.

Članci o povezivanju detaljnije opisuju kako to učiniti.

Njemački fizičar Georg Simon Ohm objavio je svoje kompletna teorija elektricitet nazvan "teorija galvanskog kruga". Otkrio je da je pad napona na dijelu kruga rezultat rada struje koja teče kroz otpor tog dijela kruga. To je bila osnova zakona koji danas koristimo. Zakon je jedna od osnovnih jednadžbi za otpornike.

Ohmov zakon – formula

Formula Ohmovog zakona može se koristiti kada su poznate dvije od tri varijable. Odnos između otpora, struje i napona može se napisati na različite načine. Ohmov trokut može biti koristan za asimilaciju i pamćenje.

Ispod su dva primjera korištenja takvog kalkulatora trokuta.

Imamo otpornik s otporom od 1 Ohm u krugu s padom napona od 100 V do 10 V na njegovim stezaljkama.Kolika struja teče kroz ovaj otpornik?Trokut nas podsjeća da:
Imamo otpornik otpora 10 Ohma kroz koji teče struja od 2 A pri naponu od 120V.Koliki će biti pad napona na ovom otporniku?Korištenje trokuta nam pokazuje da:Dakle, napon na pinu će biti 120-20 = 100 V.

Ohmov zakon - snaga

Kada električna struja teče kroz otpornik, ona raspršuje određenu količinu energije kao toplinu.

Snaga je funkcija struje koja teče I (A) i primijenjenog napona V (V):

• P - snaga u vatima (V)

U kombinaciji s Ohmovim zakonom za dio kruga, formula se može pretvoriti u sljedeći oblik:

Idealan otpornik rasipa svu energiju i ne pohranjuje električnu ili magnetsku energiju. Svaki otpornik ima ograničenje količine snage koja se može raspršiti bez oštećenja otpornika. Ovo je moć naziva nominalnim.

Okolinski uvjeti mogu smanjiti ili povećati ovu vrijednost. Na primjer, ako je okolni zrak vruć, tada se sposobnost otpornika da odvodi višak topline smanjuje, a naprotiv, kada je temperatura okoline niska, sposobnost odvođenja otpornika raste.

U praksi, otpornici rijetko imaju nazivnu snagu. Međutim, većina otpornika ima nazivnu snagu od 1/4 ili 1/8 vata.

Ispod je kružni grafikon koji će vam pomoći da brzo odredite odnos između snage, struje, napona i otpora. Za svaki od četiri parametra, pokazuje kako izračunati njegovu vrijednost.

Ohmov zakon - kalkulator

The online kalkulator Ohmov zakon omogućuje određivanje odnosa između jakosti struje, električnog napona, otpora vodiča i snage. Za izračun unesite bilo koja dva parametra i kliknite gumb za izračun.

Ne čuje se struja i opasni napon (osim zujanja visokonaponskih vodova i električnih instalacija). Dijelovi pod naponom koji su pod naponom ne razlikuju se po izgledu ni na koji način.

Nemoguće ih je prepoznati po mirisu, a ne razlikuju se po povišenoj temperaturi u normalnim načinima rada. Ali uključimo usisavač u tihu i tihu utičnicu, okrenemo prekidač - i energija kao da dolazi niotkuda, sama od sebe, materijalizirajući se u obliku buke i kompresije unutar kućanskog aparata.

Opet, ako dva čavla ubacimo u ležišta utičnice i uhvatimo ih, tada ćemo doslovce cijelim tijelom osjetiti realnost i objektivnost postojanja električne struje. To se, naravno, jako obeshrabruje. Ali primjeri usisavača i čavala jasno nam pokazuju da proučavanje i razumijevanje osnovnih zakona elektrotehnike promiče sigurnost pri rukovanju električnom energijom u kućanstvu, kao i uklanjanje praznovjernih predrasuda povezanih s električnom strujom i naponom.

Dakle, pogledajmo jedan, najvrjedniji zakon elektrotehnike koji je korisno znati. I pokušat ćemo to učiniti u najpopularnijem mogućem obliku.

Ohmov zakon

1. Diferencijalni oblik zapisa Ohmovog zakona

Najvažniji zakon elektrotehnike je, naravno, Ohmov zakon. Čak i ljudi koji nemaju nikakve veze s elektrotehnikom znaju za njegovo postojanje. Ali u međuvremenu pitanje "Znate li Ohmov zakon?" na tehničkim sveučilištima to je zamka za preuzetne i bahate studente. Drug, naravno, odgovara da vrlo dobro poznaje Ohmov zakon, a onda mu se obraćaju sa zahtjevom da da ovaj zakon u diferencijalnom obliku. Tu se pokaže da srednjoškolac ili brucoš ima još puno učenja.

Međutim, diferencijalni oblik zapisa Ohmovog zakona gotovo je neprimjenjiv u praksi. Odražava odnos između gustoće struje i jakosti polja:

gdje je G vodljivost kruga; E - jakost električne struje.

Sve su to pokušaji izražavanja električne struje, uzimajući u obzir samo fizička svojstva materijal vodiča, ne uzimajući u obzir njegove geometrijske parametre (duljina, promjer itd.). Diferencijalni oblik zapisivanja Ohmovog zakona je čista teorija, njeno poznavanje u svakodnevnom životu uopće nije potrebno.

2. Integralni oblik zapisa Ohmovog zakona za dio strujnog kruga

Druga stvar je integralni oblik zapisa. Također ima nekoliko varijanti. Najpopularniji od njih je Ohmov zakon za dio strujnog kruga: I=U/R

Drugim riječima, struja u dijelu strujnog kruga uvijek je veća, što je veći napon primijenjen na ovaj dio i manji je otpor tog dijela.

Ovu “vrstu” Ohmovog zakona jednostavno mora zapamtiti svatko tko se barem ponekad ima posla s elektricitetom. Na sreću, ovisnost je vrlo jednostavna. Uostalom, napon u mreži može se smatrati konstantnim. Za utičnicu je 220 volti. Stoga se ispostavlja da struja u krugu ovisi samo o otporu kruga spojenog na utičnicu. Otuda jednostavan moral: taj se otpor mora nadzirati.

Kratki spojevi, koje svi čuju, događaju se upravo zbog niskog otpora vanjskog strujnog kruga. Pretpostavimo da su zbog neispravnog spajanja žica u razvodnoj kutiji fazna i neutralna žica izravno spojene jedna na drugu. Tada će se otpor dijela kruga naglo smanjiti na gotovo nulu, a struja će se također naglo povećati na vrlo veliku vrijednost. Ako je ožičenje pravilno izvedeno, radit će. osigurač, a ako ga nema, ili je neispravan ili pogrešno odabran, tada se žica neće nositi s povećanom strujom, zagrijat će se, rastopiti i možda izazvati požar.

Ali događa se da uređaji koji su priključeni i rade više od jednog sata postanu uzrok kratki spoj. Tipičan slučaj je ventilator čiji su se namoti motora pregrijali zbog zaglavljivanja lopatica. Izolacija namota motora nije dizajnirana za ozbiljno zagrijavanje, brzo postaje neupotrebljiva. Kao rezultat toga nastaju interturn kratki spojevi koji smanjuju otpor i, u skladu s Ohmovim zakonom, također dovode do povećanja struje.

Povećana struja, zauzvrat, čini izolaciju namota potpuno neupotrebljivom, a ne dolazi do interturna, već pravog, potpunog kratkog spoja. Struja teče pored namota, izravno od fazne žice do neutralne žice. Istina, sve navedeno može se dogoditi samo s vrlo jednostavnim i jeftinim ventilatorom koji nema toplinsku zaštitu.

Ohmov zakon za naizmjenična struja

Treba napomenuti da gornja oznaka Ohmovog zakona opisuje dio kruga s konstantnim naponom. U mrežama izmjeničnog napona postoji dodatna reaktancija, a impedancija postaje važna korijen iz zbroja kvadrata djelatnog i reaktivnog otpora.

Ohmov zakon za dionicu izmjeničnog strujnog kruga ima oblik: I=U/Z,

gdje je Z ukupni otpor kruga.

Ali visoka reaktancija karakteristična je, prije svega, za snažne električne strojeve i tehnologiju pretvarača snage. Unutarnji električni otpor Kućanski aparati a lampe su gotovo u potpunosti aktivne. Stoga, u svakodnevnom životu, za izračune, možete koristiti najjednostavniji oblik pisanja Ohmovog zakona: I=U/R.

3. Integralni oblik notacije za kompletan lanac

Budući da postoji oblik pisanja zakona za dio lanca, onda također postoji Ohmov zakon za kompletan krug: I=E/(r+R).

Ovdje je r unutarnji otpor mrežnog EMF izvora, a R je ukupni otpor samog kruga.

Ne morate daleko tražiti fizički model za ilustraciju ove podvrste Ohmovog zakona - ovo je ugrađena električna mreža automobila u kojoj je baterija izvor EMF-a. Ne može se pretpostaviti da je otpor baterije jednak apsolutnoj nuli, stoga, čak i uz izravni kratki spoj između njegovih terminala (bez otpora R), struja se neće povećati do beskonačnosti, već jednostavno do visoke vrijednosti. Međutim, ova visoka vrijednost, naravno, dovoljna je da se žice tope i da se presvlake automobila zapale. Stoga su električni krugovi automobila zaštićeni od kratkih spojeva osiguračima.

Takva zaštita možda neće biti dovoljna ako se kratki spoj dogodi prije kutije s osiguračima u odnosu na bateriju ili ako je jedan od osigurača zamijenjen komadom bakrene žice. Tada postoji samo jedan spas - potrebno je što je brže moguće potpuno prekinuti strujni krug uklanjanjem "mase", odnosno negativne kleme.

4. Integralni oblik zapisa Ohmovog zakona za dio kruga koji sadrži izvor EMF

Također treba spomenuti da postoji još jedna verzija Ohmovog zakona - za dio kruga koji sadrži izvor EMF-a:

Ovdje je U razlika potencijala na početku i na kraju dionice strujnog kruga koji se razmatra. Predznak vrijednosti EMF ovisi o njegovom smjeru u odnosu na napon. Često je potrebno koristiti Ohmov zakon za dio strujnog kruga pri određivanju parametara strujnog kruga, kada je dio strujnog kruga nedostupan za detaljno proučavanje i ne zanima nas. Recimo da je skriven jednodijelnim dijelovima kućišta. Preostali krug sadrži izvor EMF-a i elemente s poznatim otporom. Zatim se mjerenjem napona na ulazu nepoznatog dijela kruga može izračunati struja, a nakon toga i otpor nepoznatog elementa.

zaključke

Dakle, možemo vidjeti da Ohmov "jednostavan" zakon nije ni približno tako jednostavan kao što su neki mislili. Poznavajući sve oblike integralnog zapisa Ohmovih zakona, možete razumjeti i lako zapamtiti mnoge zahtjeve električne sigurnosti, kao i steći povjerenje u rukovanju električnom energijom.

Ako se izolirani vodič stavi u električno polje \(\overrightarrow(E)\), tada će sila \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) djelovati na slobodne naboje \(q\) u vodiču \(\overdesnastrelica(F) = q\overdesnastrelica(E)\) Zbog toga u vodiču dolazi do kratkotrajnog kretanja slobodnih naboja. Ovaj proces će završiti kada vlastito električno polje naboja koji nastaju na površini vodiča potpuno kompenzira vanjsko polje. Rezultirajuće elektrostatsko polje unutar vodiča bit će nula.

Međutim, u vodičima, pod određenim uvjetima, može doći do kontinuiranog uređenog kretanja slobodnih nositelja. električno punjenje.

Usmjereno kretanje nabijenih čestica naziva se električna struja.

Za smjer električne struje uzima se smjer kretanja pozitivnih slobodnih naboja. Da bi u vodiču postojala električna struja, u njemu mora biti stvoreno električno polje.

Kvantitativna mjera električne struje je jakost struje\(I\) je skalarna fizikalna veličina jednaka omjeru naboja \(\Delta q\) prenesenog kroz poprečni presjek vodiča (Sl. 1.8.1) u vremenskom intervalu \(\Delta t\) na ovaj vremenski interval:

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

Ako se jakost struje i njezin smjer ne mijenjaju s vremenom, tada se takva struja naziva trajnog .

U Međunarodnom sustavu jedinica (SI) struja se mjeri u amperima (A). Jedinica struje od 1 A određena je magnetskom interakcijom dvaju paralelnih vodiča sa strujom.

Istosmjerna električna struja može se stvoriti samo u Zatvoreni krug , u kojem slobodni nosioci naboja kruže duž zatvorenih putanja. Električno polje u različitim točkama takvog kruga je konstantno tijekom vremena. Zbog toga električno polje u krugu istosmjerne struje ima karakter zamrznutog elektrostatskog polja. Ali kada se električni naboj kreće u elektrostatičkom polju duž zatvorene putanje, rad električnih sila jednak je nuli. Dakle, za postojanje istosmjerne struje potrebno je u električnom krugu imati uređaj koji je sposoban stvarati i održavati potencijalne razlike u dionicama strujnog kruga uslijed rada sila. neelektrostatskog porijekla. Takvi uređaji se nazivaju DC izvori . Nazivaju se sile neelektrostatskog podrijetla koje djeluju na slobodne nositelje naboja iz izvora struje vanjske sile .

Priroda vanjskih sila može varirati. U galvanskim člancima ili baterijama nastaju kao rezultat elektrokemijskih procesa; u generatorima istosmjerne struje vanjske sile nastaju kada se vodiči kreću u magnetskom polju. Izvor struje u električnom krugu igra istu ulogu kao i pumpa, koja je neophodna za pumpanje tekućine u zatvorenom krugu. hidraulični sistem. Pod utjecajem vanjskih sila električni se naboji kreću unutar izvora struje protiv sile elektrostatskog polja, zahvaljujući kojima se u zatvorenom krugu može održavati stalna električna struja.

Kada se električni naboji kreću duž kruga istosmjerne struje, vanjske sile koje djeluju unutar izvora struje vrše rad.

Fizička veličina jednaka omjeru rada \(A_(st)\) vanjskih sila pri premještanju naboja \(q\) s negativnog pola izvora struje na pozitivni i vrijednosti tog naboja naziva se elektromotorna sila izvora (EMF):

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

Dakle, EMF je određen radom vanjskih sila prilikom pomicanja jedinice pozitivan naboj. Elektromotorna sila, kao i potencijalna razlika, mjeri se u Volti (V).

Kada se jedan pozitivni naboj giba po zatvorenom krugu istosmjerne struje, rad vanjskih sila jednak je zbroju emf-a koji djeluje u tom krugu, a rad elektrostatskog polja jednak je nuli.

Istosmjerni krug može se podijeliti u zasebne dijelove. Ona područja u kojima ne djeluju vanjske sile (tj. područja koja ne sadrže izvore struje) nazivaju se homogena . Područja koja sadrže izvore struje nazivaju se heterogena .

Kada se jedan pozitivni naboj giba duž određenog dijela strujnog kruga, rad obavljaju i elektrostatičke (Coulombove) i vanjske sile. Rad elektrostatskih sila jednak je razlici potencijala \(\Delta \phi_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)\) između početne (1) i krajnje (2) točke nehomogenog presjeka . Rad vanjskih sila jednak je, po definiciji, elektromotornoj sili \(\mathcal(E)\) koja djeluje u određenom području. Stoga je ukupni rad jednak

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

Veličina U 12 se obično zove napon na dijelu lanca 1-2. U slučaju homogenog područja napon je jednak razlici potencijala:

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

Njemački fizičar G. Ohm eksperimentalno je 1826. godine ustanovio da je jakost struje \(I\) koja teče kroz homogeni metalni vodič (tj. vodič u kojem ne djeluju vanjske sile) proporcionalna naponu \(U\) na krajevima dirigenta:

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

gdje je \(R\) = const.

Veličina R obično se zove električni otpor . Vodič s električnim otporom naziva se otpornik . Ovaj omjer izražava Ohmov zakon za homogeni dio lanca: Struja u vodiču izravno je proporcionalna primijenjenom naponu, a obrnuto proporcionalna otporu vodiča.

SI jedinica za električni otpor vodiča je Ohm (Ohm). Otpor od 1 ohma ima dio kruga u kojem se pri naponu od 1 V javlja struja od 1 A.

Vodiči koji poštuju Ohmov zakon nazivaju se linearni . Grafička ovisnost struje \(I\) o naponu \(U\) (takvi se grafikoni nazivaju volt-amperske karakteristike , skraćeno CVC) prikazan je ravnom linijom koja prolazi kroz ishodište koordinata. Treba napomenuti da postoje mnogi materijali i uređaji koji ne poštuju Ohmov zakon, na primjer, poluvodička dioda ili svjetiljka s izbojem u plinu. Čak i kod metalnih vodiča, pri dovoljno velikim strujama, opaža se odstupanje od Ohmovog linearnog zakona, jer električni otpor metalnih vodiča raste s povećanjem temperature.

Za dio kruga koji sadrži emf, Ohmov zakon je zapisan u sljedećem obliku:

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

Taj se omjer obično naziva generalizirani Ohmov zakon ili Ohmov zakon za nejednolik dio strujnog kruga.

Na sl. 1.8.2 prikazuje zatvoreni istosmjerni krug. Dio lanca ( CD) je homogena.

Prema Ohmovom zakonu

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

Zemljište ( ab) sadrži izvor struje s emf jednakom \(\mathcal(E)\).

Prema Ohmovom zakonu za heterogeno područje,

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

Zbrajanjem obje jednakosti dobivamo:

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

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

$$\boja(plava)(I=\frac(\mathcal(E))(R + r))$$

Ova formula izražava Ohmov zakon za kompletan krug : jakost struje u cijelom krugu jednaka je elektromotornoj sili izvora podijeljenoj sa zbrojem otpora homogenog i nehomogenog dijela strujnog kruga (unutarnji otpor izvora).

Otpornost r heterogeno područje na sl. 1.8.2 može se smatrati kao unutarnji otpor izvora struje . U ovom slučaju, područje ( ab) na sl. 1.8.2 je unutarnji dio izvora. Ako bodovi a I b kratki spoj s vodičem čiji je otpor mali u usporedbi s unutarnjim otporom izvora (\(R\ \ll r\)), tada će krug teći struja kratkog spoja

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

Struja kratkog spoja – najveća struja koja se može dobiti iz ovaj izvor s elektromotornom silom \(\mathcal(E)\) i unutarnjim otporom \(r\). Za izvore s malim unutarnjim otporom, struja kratkog spoja može biti vrlo visoka i uzrokovati uništenje električnog kruga ili izvora. Na primjer, olovne baterije koje se koriste u automobilima mogu imati struju kratkog spoja od nekoliko stotina ampera. Kratki spojevi u rasvjetne mreže, napajan iz trafostanica (tisuće ampera). Kako bi se izbjegli razorni učinci tako velikih struja, osigurači ili posebni prekidači uključeni su u krug.

U nekim slučajevima, kako bi se spriječile opasne vrijednosti struje kratkog spoja, neki vanjski otpor je serijski spojen na izvor. Zatim otpor r jednak je zbroju unutarnjeg otpora izvora i vanjskog otpora, a tijekom kratkog spoja jakost struje neće biti pretjerano velika.

Ako je vanjski krug otvoren, tada \(\Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab) = \mathcal(E)\), tj. razlika potencijala na polovima otvorene baterije jednaka je njezinoj emf

Ako otpor vanjskog opterećenja R uključen i struja teče kroz bateriju ja, razlika potencijala na njegovim polovima postaje jednaka

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

Na sl. 1.8.3 prikazuje shematski prikaz izvora istosmjerne struje s emf jednakom \(\mathcal(E)\) i unutarnjim otporom r u tri načina: "prazan hod", rad pod opterećenjem i način kratkog spoja (kratki spoj). Označena napetost \(\overrightarrow(E)\) električno polje unutar baterije i sile koje djeluju na pozitivne naboje:\(\overrightarrow(F)_(e)\) - električna sila i \(\overrightarrow(F)_(st)\) - vanjska sila. U načinu rada kratkog spoja, električno polje unutar baterije nestaje.

Za mjerenje napona i struja u istosmjernim električnim krugovima koriste se posebni instrumenti - voltmetri I ampermetri.

Voltmetar dizajniran za mjerenje potencijalne razlike primijenjene na njegove priključke. On povezuje paralelno dio strujnog kruga gdje se mjeri potencijalna razlika. Svaki voltmetar ima neki unutarnji otpor \(R_(V)\). Kako voltmetar ne bi unio zamjetnu preraspodjelu struja kada je spojen na krug koji se mjeri, njegov unutarnji otpor mora biti velik u usporedbi s otporom dijela strujnog kruga na koji je spojen. Za krug prikazan na Sl. 1.8.4, ovaj uvjet je napisan kao:

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

Ovaj uvjet znači da je struja \(I_(V) = \Delta \phi_(cd) / R_(V)\) koja teče kroz voltmetar puno manja od struje \(I = \Delta \phi_(cd) / R_ (1 )\), koja teče kroz ispitivani dio kruga.

Budući da unutar voltmetra ne djeluju vanjske sile, potencijalna razlika na njegovim stezaljkama podudara se, po definiciji, s naponom. Stoga možemo reći da voltmetar mjeri napon.

Ampermetar dizajniran za mjerenje struje u krugu. Ampermetar je spojen u seriju na otvoreni krug tako da kroz njega prolazi cjelokupna izmjerena struja. Ampermetar također ima neki unutarnji otpor \(R_(A)\). Za razliku od voltmetra, unutarnji otpor ampermetra mora biti prilično mali u usporedbi s ukupnim otporom cijelog kruga. Za krug na Sl. 1.8.4 Otpor ampermetra mora zadovoljiti uvjet

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

tako da se pri uključenju ampermetra ne mijenja struja u krugu.

Mjerni instrumenti - voltmetri i ampermetri - dolaze u dvije vrste: pokazivački (analogni) i digitalni. Digitalna električna brojila su složeni elektronički uređaji. Digitalni uređaji obično pružaju više visoka točnost mjerenja.

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja jednostavno je. Koristite obrazac u nastavku

Studenti, diplomanti, mladi znanstvenici koji koriste bazu znanja u svom studiju i radu bit će vam vrlo zahvalni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

MINISTARSTVO OBRAZOVANJA REPUBLIKE BJELORUSIJE

Odjel za prirodne znanosti

Esej

Ohmov zakon

Završeno:

Ivanov M. A.

Uvod

1. Opći obrazac Ohmov zakon

2. Povijest otkrića Ohmovog zakona, kratka biografija znanstvenik

3. Vrste Ohmovih zakona

4. Prva istraživanja otpora vodiča

5. Električna mjerenja

Zaključak

Literatura, drugi izvori informacija

Uvod

Pojave vezane uz elektricitet uočene su u drevna Kina, Indija i drevna grčka nekoliko stoljeća prije početka naše ere. Oko 600. pr. Kr., kako kažu sačuvane legende, starogrčki filozof Tales iz Mileta znao je svojstvo jantara trljanog o vunu da privlači lagane predmete. Inače, stari Grci su riječju "elektron" nazivali jantar. Od njega je došla i riječ "elektricitet". Ali Grci su samo promatrali fenomen elektriciteta, ali ga nisu mogli objasniti.

19. stoljeće bilo je puno otkrića vezanih uz elektricitet. Jedno otkriće dovelo je do čitavog niza otkrića tijekom nekoliko desetljeća. Električna energija se počela pretvarati iz predmeta istraživanja u potrošnu robu. Započelo je njegovo široko uvođenje u razna područja proizvodnje. Izmišljeni su i stvoreni elektromotori, generatori, telefon, telegraf, radio. Počinje uvođenje električne energije u medicinu.

Napon, struja i otpor fizikalne su veličine koje karakteriziraju pojave u električnim krugovima. Ove su količine međusobno povezane. Tu vezu prvi je proučavao njemački fizičar 0m. Ohmov zakon otkriven je 1826.

1. Opći pogled na Ohmov zakon

Ohmov zakon ide ovako: Jakost struje u dijelu strujnog kruga izravno je proporcionalna naponu u ovom dijelu (za određeni otpor) i obrnuto proporcionalna otporu odjeljka (za određeni napon): I = U / R, iz formule to slijedi da je U = IHR i R = U / I. Budući da otpor danog vodiča ne ovisi ni o naponu ni o struji, tada posljednju formulu treba čitati na sljedeći način: otpor danog vodiča jednak je omjeru napon na njegovim krajevima na jakost struje koja kroz njega teče. U električnim krugovima najčešće su vodiči (potrošači električne energije) spojeni serijski (na primjer, žarulje u vijencima božićnog drvca) i paralelno (na primjer, kućanski električni uređaji).

Uz serijski spoj, strujna snaga u oba vodiča (žarulja) je ista: I = I1 = I2, napon na krajevima razmatranog dijela kruga je zbroj napona na prvoj i drugoj svjetiljci: U = U1 + U2. Ukupni otpor presjeka jednak je zbroju otpora žarulja R = R1 + R2.

Na paralelna veza otpornika, napon na dionici kruga i na krajevima otpornika je isti: U = U1 = U2. Struja u nerazgranatom dijelu kruga jednaka je zbroju struja u pojedinačnim otpornicima: I = I1 + I2. Ukupni otpor sekcije manji je od otpora svakog otpornika.

Ako su otpori otpornika isti (R1 = R2), tada je ukupni otpor dionice. Ako su tri ili više otpornika spojena paralelno u krug, tada ukupni otpor može biti -

nalazi se formulom: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/RN. Paralelno se spajaju mrežni potrošači koji su predviđeni za napon jednak naponu mreže.

Dakle, Ohmov zakon uspostavlja odnos između jakosti struje ja u vodiču i razlika potencijala (napona) U između dviju fiksnih točaka (odjeljaka) ovog vodiča:

Faktor proporcionalnosti R, ovisno o geometrijskim i električnim svojstvima vodiča i temperaturi, naziva se omski otpor ili jednostavno otpor danog dijela vodiča.

2. Povijest otkrića Ohmovog zakona, kratka biografija znanstvenika

Georg Simon Ohm rođen je 16. ožujka 1787. u Erlangenu, u obitelji nasljednog mehaničara. Nakon što je završio školu, Georg je ušao u gradsku gimnaziju. Gimnaziju u Erlangenu nadziralo je sveučilište. Nastavu u gimnaziji izvodila su četiri profesora. Georg je, nakon što je završio srednju školu, u proljeće 1805. započeo studij matematike, fizike i filozofije na Filozofskom fakultetu Sveučilišta u Erlangenu.

Nakon studija od tri semestra, prihvatio je poziv da preuzme mjesto profesora matematike u jednoj privatnoj školi u švicarskom gradu Gottstadtu.

Godine 1811. vratio se u Erlangen, diplomirao na sveučilištu i doktorirao. Odmah po završetku sveučilišta ponuđeno mu je mjesto privatnog docenta na odjelu za matematiku istog sveučilišta.

Godine 1812. Ohm je imenovan učiteljem matematike i fizike u školi u Bambergu. Godine 1817. objavio je svoje prvo tiskano djelo, posvećeno metodici nastave „Najviše najbolja opcija podučavajući geometriju u pripremnoj nastavi." Ohm je počeo istraživati ​​elektricitet. Ohm je svoj električni mjerni instrument temeljio na dizajnu Coulombovih torzijskih vaga. Ohm je rezultate svojih istraživanja objedinio u obliku članka pod naslovom "Preliminarno izvješće o zakonu prema kojem metali provoditi kontaktni elektricitet." Članak je objavljen 1825. u časopisu za fiziku i kemiju, koji je uređivao Schweigger. Međutim, izraz koji je pronašao i objavio Ohm pokazao se netočnim, što je bio jedan od razloga njegovog dugotrajnog ne Poduzevši sve mjere opreza, unaprijed eliminirajući sve potencijalne izvore pogreške, Ohm je započeo nove dimenzije.

Pojavljuje se njegov poznati članak "Definicija zakona prema kojem metali provode kontaktni elektricitet, zajedno s nacrtom teorije voltaičnog aparata i Schweiggerovog množitelja", objavljen 1826. u Journal of Physics and Chemistry.

U svibnju 1827. “Teoretske studije električnih krugova” svezak od 245 stranica, koji je sadržavao Ohmovo sada teorijsko razmišljanje o električnim krugovima. U ovom radu, znanstvenik je predložio karakterizaciju električnih svojstava vodiča njegovim otporom i uveo ovaj izraz u znanstvenu upotrebu. Ohm je pronašao jednostavniju formulu za zakon o dijelu električnog kruga koji ne sadrži EMF: “Jačina struje u galvanskom krugu izravno je proporcionalna zbroju svih napona i obrnuto proporcionalna zbroju reduciranih duljina. . U ovom slučaju, ukupna smanjena duljina definirana je kao zbroj svih pojedinačnih smanjenih duljina za homogene presjeke različite vodljivosti i različitog poprečnog presjeka."

Godine 1829. pojavio se njegov članak "Eksperimentalna studija o radu elektromagnetskog multiplikatora", u kojem su izneseni temelji teorije elektromagnetskog mjerni instrumenti. Ovdje je Ohm predložio jedinicu otpora, za koju je odabrao otpor bakrene žice dugačke 1 stopu i presjeka od 1 kvadratne linije.

Godine 1830. pojavila se Ohmova nova studija, “Pokušaj stvaranja približne teorije unipolarne vodljivosti”. Tek je 1841. Ohmovo djelo prevedeno na engleski, 1847. na talijanski, a 1860. na francuski jezik.

Dana 16. veljače 1833., sedam godina nakon objavljivanja članka u kojem je objavljeno njegovo otkriće, Ohmu je ponuđeno mjesto profesora fizike na novoorganiziranoj Politehničkoj školi u Nürnbergu. Znanstvenik započinje istraživanja u području akustike. Ohm je rezultate svojih akustičkih istraživanja formulirao u obliku zakona, koji je kasnije postao poznat kao Ohmov akustički zakon.

Ruski fizičari Lenz i Jacobi prvi su među stranim znanstvenicima prepoznali Ohmov zakon. Pomogli su i njegovom međunarodnom priznanju. Uz sudjelovanje ruskih fizičara, 5. svibnja 1842. Kraljevsko društvo u Londonu dodijelilo je Ohmu zlatnu medalju i izabralo ga za člana.

Godine 1845. izabran je za redovitog člana Bavarske akademije znanosti. Godine 1849. znanstvenik je pozvan na Sveučilište u Münchenu na mjesto izvanrednog profesora. Iste godine imenovan je čuvarom Državne zbirke fizikalnih i matematičkih instrumenata, a istodobno je držao predavanja iz fizike i matematike. Godine 1852. Ohm je dobio mjesto redovnog profesora. Ohm je umro 6. srpnja 1854. Godine 1881., na kongresu elektrotehnike u Parizu, znanstvenici su jednoglasno odobrili naziv jedinice otpora - 1 Ohm.

3. Vrste Ohmovih zakona

Postoji nekoliko vrsta Ohmovog zakona.

Ohmov zakon za homogeni dio lanca (ne sadrži izvor struje): struja u vodiču izravno je proporcionalna primijenjenom naponu i obrnuto proporcionalna otporu vodiča:

Ohmov zakon za kompletan krug - jakost struje u krugu proporcionalna je EMF-u koji djeluje u krugu i obrnuto proporcionalna zbroju otpora kruga i unutarnjeg otpora izvora.

gdje je I trenutna snaga

E - elektromotorna sila

R je vanjski otpor kruga (tj. otpor toga

dio kruga koji se nalazi izvan izvora emf)

EMF je rad vanjskih sila (tj. sila neelektričnog podrijetla) za pomicanje naboja u krugu, povezan s veličinom tog naboja.

Jedinice:

EMF - volti

Struja - ampera

Otpori (R i r) - ohmi

Primjenom osnovnog zakona električnog kruga (Ohmov zakon) moguće je objasniti mnoge prirodne pojave koje na prvi pogled djeluju tajanstveno i paradoksalno. Na primjer, svi znaju da je svaki ljudski kontakt s električnim žicama pod naponom smrtonosan. Samo jedan dodir puknute visokonaponske žice može usmrtiti osobu ili životinju strujnim udarom. Ali u isto vrijeme stalno vidimo ptice kako mirno sjede na dalekovodima visokog napona i ništa ne prijeti životima ovih živih bića. Kako onda pronaći objašnjenje za takav paradoks?

I ovaj se fenomen može objasniti prilično jednostavno ako zamislimo da je ptica na električnoj žici jedan od dijelova električne mreže, otpor drugog znatno premašuje otpor drugog dijela istog kruga (to jest, mali razmak između ptičjih nogu). Prema tome, električna struja koja djeluje na prvom dijelu kruga, odnosno na tijelu ptice, bit će potpuno sigurna za nju. Međutim, potpuna sigurnost zajamčena je samo kada dođe u dodir s dijelom visokonaponske žice. Ali ako ptica koja se smjestila na dalekovod dotakne žicu ili bilo koji predmet koji se nalazi blizu žice (na primjer, telegrafski stup) svojim krilom ili kljunom, ptica će neizbježno umrijeti. Uostalom, stup je izravno povezan s tlom, a protok električnih naboja, koji prolazi kroz tijelo ptice, može ga odmah ubiti, brzo se krećući prema tlu. Nažalost, iz tog razloga mnoge ptice umiru u gradovima.

Kako bi zaštitili ptice od štetnih učinaka električne energije, razvili su se strani znanstvenici specijalni uređaji- sjedalice za ptice, izolirane od električne struje. Takvi uređaji postavljani su na vodovi visokog napona prijenos snage Ptice, koje sjede na izoliranom stajalištu, mogu svojim kljunovima, krilima ili repovima dotaknuti žice, stupove ili nosače bez ikakvog rizika za život. Najveći otpor ima površina gornjeg, tzv. stratum corneuma ljudske kože. Otpor suhe i netaknute kože može doseći 40 000 - 100 000 Ohma. Stratum corneum kože je vrlo malen, svega 0,05 - 0,2 mm. a lako se probija s naponom od 250 V. Otpor se u tom slučaju smanjuje sto puta i pada to brže što struja duže djeluje na ljudsko tijelo. Povećano znojenje kože, prekomjerni rad, živčano uzbuđenje i opijenost oštro smanjuju otpor ljudskog tijela, do 800 - 1000 Ohma. To objašnjava da ponekad čak i mali napon može izazvati strujni udar. Ako je npr. otpor ljudskog tijela 700 Ohma, tada će biti opasan napon od samo 35 V. Zato npr. električari čak i kada rade s naponom od 36 V koriste izolaciju zaštitna oprema- gumene rukavice ili alat s izoliranim drškama.

Ohmov zakon izgleda tako jednostavan da su poteškoće koje su se morale prevladati pri njegovom uspostavljanju zanemarene i zaboravljene. Ohmov zakon nije lako ispitati i ne treba ga uzeti kao očitu istinu; Doista, za mnoge materijale to ne vrijedi.

Koje su zapravo te poteškoće? Nije li moguće provjeriti što uzrokuje promjena broja elemenata naponskog stupca određivanjem struje pri različitim brojevima elemenata?

Činjenica je da kada uzmemo različiti broj elemenata, mijenjamo cijeli lanac, jer dodatni elementi također imaju dodatni otpor. Stoga je potrebno pronaći način kako promijeniti napon bez mijenjanja same baterije. Osim toga, različite vrijednosti struje zagrijavaju žicu na različite temperature, a ovaj učinak također može utjecati na snagu struje. Ohm (1787-1854) je prevladao te poteškoće iskoristivši fenomen termoelektriciteta, koji je otkrio Seebeck (1770-1831) 1822. godine.

Tako je Ohm pokazao da je struja proporcionalna naponu i obrnuto proporcionalna impedanciji kruga. Bio je to jednostavan rezultat za složen eksperiment. Barem bi nam se sada tako trebalo činiti.

Ohmovi suvremenici, osobito njegovi sunarodnjaci, mislili su drugačije: možda je jednostavnost Ohmova zakona pobudila njihovu sumnju. Om je naišao na poteškoće u svojoj karijeri i bio je u potrebi; Om je bio posebno deprimiran činjenicom da njegovi radovi nisu prepoznati. Na čast Velikoj Britaniji, a posebno Kraljevskom društvu, valja reći da je Ohmov rad tamo dobio zasluženo priznanje. Om je među onim velikanima čija se imena često nalaze ispisana malim slovima: naziv "om" dat je jedinici otpora.

4. Prva istraživanja otpora vodiča

Što je dirigent? To je čisto pasivno komponenta električni krug, odgovorili su prvi istraživači. Proučavati ga jednostavno znači razbijati glavu nepotrebnim misterijama, jer... samo je trenutni izvor aktivni element.

Ovakav pogled na stvari objašnjava zašto znanstvenici, barem prije 1840. godine, nisu pokazivali gotovo nikakvo zanimanje za ono malo radova koji su se vodili u tom smjeru.

Tako je na drugom kongresu talijanskih znanstvenika, održanom u Torinu 1840. (prvi se sastao u Pisi 1839. i čak je dobio određeno političko značenje), govoreći u raspravi o izvješću koje je podnio Marianini, De la Rive tvrdio da vodljivost većina tekućina nije apsolutna, "već relativna i varira s promjenama u jačini struje." Ali Ohmov zakon objavljen je 15 godina ranije!

Među rijetkim znanstvenicima koji su prvi počeli proučavati pitanje vodljivosti vodiča nakon izuma galvanometra bio je Stefano Marianini (1790.-1866.).

Do svog je otkrića došao slučajno dok je proučavao napon baterije. Primijetio je da se s povećanjem broja elemenata voltičnog stupca elektromagnetski učinak na iglu ne povećava zamjetno. Zbog toga je Marianini odmah pomislio da svaki naponski element predstavlja prepreku prolasku struje. Napravio je pokuse s parovima "aktivnih" i "neaktivnih" (tj. koji se sastoje od dvije bakrene ploče odvojene mokrom brtvom) i eksperimentalno pronašao odnos u kojem će moderni čitatelj prepoznati poseban slučaj Ohmovog zakona, kada je otpor vanjski krug nije uzet u obzir pozornost, kao što je bio slučaj u Marianinijevom iskustvu.

Georg Simon Ohm (1789-1854) prepoznao je Marianinijeve zasluge, iako njegova djela nisu izravno pomogla Ohmu u njegovom radu. Ohm je u svojim istraživanjima bio inspiriran djelom (“Analytical Theory of Heat”, Pariz, 1822.) Jeana Baptistea Fouriera (1768.-1830.) - jednim od najznačajnijih znanstvenih djela svih vremena, koje je vrlo brzo steklo slavu i cijenjenost među matematičari i fizičari tog vremena. Palo mu je na pamet da mehanizam " protok topline“, o kojoj govori Fourier, može se usporediti s električnom strujom u vodiču. I kao što se u Fourierovoj teoriji protok topline između dva tijela ili između dviju točaka istog tijela objašnjava razlikom u temperaturi, na isti način Ohm objašnjava pojavu električne struje između njih razlikom u “elektroskopskim silama” na dvije točke vodiča.

Slijedeći ovu analogiju, Ohm je započeo svoja eksperimentalna istraživanja određivanjem relativnih vrijednosti vodljivosti različitih vodiča. Koristeći metodu koja je danas postala klasična, spojio je tanke vodiče od različitih materijala istog promjera u seriju između dvije točke u krugu i mijenjao njihovu duljinu tako da je dobivena određena količina struje. Prvi rezultati koje je uspio postići danas se čine prilično skromnima. ohmov zakon električni galvanometar

Povjesničari su, na primjer, iznenađeni Ohmovim mjerenjima srebra koje je manje vodljivo od bakra i zlata, i snishodljivo prihvaćaju Ohmovo vlastito objašnjenje da je eksperiment izveden na srebrnoj žici obloženoj slojem ulja, što je dovelo u zabludu u pogledu točne vrijednosti. vrijednost promjer

U to vrijeme postojali su mnogi izvori pogrešaka pri provođenju eksperimenata (nedovoljna čistoća metala, poteškoće u kalibraciji žice, poteškoće u točnim mjerenjima itd.). Najvažniji izvor pogreške bila je polarizacija baterija. Trajni (kemijski) elementi tada još nisu bili poznati, pa se tijekom vremena potrebnog za mjerenja elektromotorna sila elementa značajno mijenjala. Upravo su ti razlozi uzrokovali pogreške koje su dovele Ohma da na temelju svojih pokusa dođe do logaritamskog zakona ovisnosti struje o otporu vodiča spojenog između dvije točke u strujnom krugu. Nakon objave Ominog prvog članka, Poggendorff mu je savjetovao da odustane kemijski elementi i bolje je koristiti termoelement bakar-bizmut, koji je malo prije uveo Seebeck.

Ohm je poslušao taj savjet i ponovio svoje pokuse, sastavljajući instalaciju s termoelektričnom baterijom, u čiji je vanjski strujni krug bilo serijski spojeno osam bakrenih žica istog promjera, ali različite duljine. Izmjerio je jakost struje pomoću neke vrste torzijske vage koju je formirala magnetska igla obješena na metalnu nit. Kad ju je struja usporedna sa strelicom skrenula, Ohm je zavrtio nit na kojoj je bila obješena dok strelica nije bila u svom uobičajenom položaju;

Smatralo se da je jakost struje proporcionalna kutu pod kojim je nit bila upletena. Ohm je zaključio da se rezultati eksperimenata napravljenih s osam različitih žica "mogu vrlo dobro izraziti jednadžbom

gdje X označava intenzitet magnetskog djelovanja vodiča čija je duljina jednaka x, a a i b su konstante koje ovise o pobudnoj sili, odnosno o otporu preostalih dijelova kruga.”

Uvjeti eksperimenta su se promijenili: otpori i termoelektrični parovi su zamijenjeni, ali rezultati su se i dalje sveli na gornju formulu, koja se vrlo jednostavno pretvara u onu nama poznatu ako X zamijenimo jakošću struje, a elektromotornom silom i b+x ukupni otpor kruga.

Dobivši ovu formulu, Ohm je koristi za proučavanje učinka Schweigerovog množitelja na otklon igle i proučavanje struje koja prolazi u vanjskom krugu baterije ćelija, ovisno o tome kako su spojene - u seriju ili u paralelno. Na taj način on objašnjava (kao što se sada radi u udžbenicima) što određuje vanjsku struju baterije, pitanje koje je ranim istraživačima bilo prilično nejasno. Om se nadao da će mu njegov eksperimentalni rad otvoriti put do sveučilišta, koje je toliko želio. Međutim, članci su prošli nezapaženo. Tada je napustio svoje profesorsko mjesto na gimnaziji u Kölnu i otišao u Berlin teorijski osmisliti dobivene rezultate. Godine 1827. u Berlinu je objavio svoje glavno djelo “Die galvanische Kette, mathe-matisch bearbeitet” (“Galvanski sklop razvijen matematički”).

Ova teorija, u čijem je razvoju bio inspiriran, kao što smo već naznačili, Fourierovom analitičkom teorijom topline, uvodi koncepte i precizne definicije elektromotorna sila, ili "elektroskopska sila" kako je naziva Ohm, električna vodljivost (Starke der Leitung) i struja. Izrazivši zakon koji je izveo u diferencijalnom obliku koji su dali suvremeni autori, Ohm ga zapisuje u konačnim veličinama za posebne slučajeve specifičnih električnih krugova, od kojih je posebno važan termoelektrični krug. Na temelju toga formulira poznate zakone promjene električni napon duž lanca.

Ali Ohmove teorijske studije također su prošle nezapaženo, a ako je itko pisao o njima, bilo je to samo kako bi ismijao "morbidnu fantaziju, čija je jedina svrha želja da se omalovaži dostojanstvo prirode." A tek deset godina kasnije njegova su briljantna djela postupno počela dobivati ​​dužna priznanja: in

U Njemačkoj su ih cijenili Poggendorff i Fechner, u Rusiji Lenz, u Engleskoj Wheatstone, u Americi Henry, u Italiji Matteucci.

Istodobno s Ohmovim pokusima A. Becquerel izvodi svoje pokuse u Francuskoj, a Barlow u Engleskoj. Pokusi prvog posebno su značajni uvođenjem diferencijalnog galvanometra s okvirom dvostrukog namota i korištenjem metode mjerenja "nula". Barlowljevi pokusi su vrijedni spomena jer su eksperimentalno potvrdili postojanost jakosti struje kroz cijeli krug. Ovaj je zaključak potvrdio i proširio na unutarnju struju baterije Fechner 1831. godine, generalizirao ga je 1851. Rudolf Kohlrausch

(180E--1858) na tekućim vodičima, a zatim još jednom potvrđeno pažljivim eksperimentima Gustava Niedmanna (1826--1899).

5. Električna mjerenja

Becquerel je za usporedbu koristio diferencijalni galvanometar električni otpor. Na temelju svojih istraživanja formulirao je poznati zakon ovisnosti otpora vodiča o njegovoj duljini i presjeku. Ove je radove nastavio Pouillet i opisao ih je u kasnijim izdanjima svojih slavnih “Elements de

physique experimentale” (“Osnove eksperimentalne fizike”), čije je prvo izdanje izašlo 1827. godine. Otpori su određeni metodom usporedbe.

Marianini je već 1825. godine pokazao da se u razgranatim strujnim krugovima električna struja raspoređuje po svim vodičima, bez obzira od kojeg su materijala načinjeni, suprotno izjavi Volte, koji je smatrao da ako jednu granu strujnog kruga čini metalni vodič, a ostatak tekućinom, tada sva struja mora proći kroz metalni vodič. Arago i Pouillet popularizirali su Marianinijeva zapažanja u Francuskoj. Još ne poznavajući Ohmov zakon, Pouillet je 1837. godine upotrijebio ta opažanja i Becquerelove zakone kako bi pokazao da je vodljivost kruga jednaka dva

razgranatih krugova jednak je zbroju vodljivosti obaju krugova. Ovim radom Pouillet je postavio temelje proučavanju razgranatih lanaca. Pouillet je za njih uspostavio niz izraza,

koji su još uvijek živi, ​​te neke posebne zakone koje je Kirchhoff generalizirao 1845. u svojim poznatim “principima”.

Najveći poticaj električnim mjerenjima, a posebno mjerenjima otpora, dale su povećane potrebe tehnike, a prvenstveno problemi koji su nastali pojavom električnog telegrafa. Ideja o korištenju električne energije za prijenos signala na daljinu prvi put se pojavila u 18. stoljeću. Volta je opisao telegrafski projekt, a Ampere je još 1820. predložio korištenje elektromagnetskih pojava za prijenos signala. Ampereovu ideju preuzeli su mnogi znanstvenici i tehničari: 1833. godine Gauss i Weber izgradili su jednostavnu telegrafsku liniju u Göttingenu, povezujući astronomski opservatorij i fizikalni laboratorij. Ali praktičnu primjenu telegraf je dobio zahvaljujući Amerikancu Samuelu Morseu (1791.-1872.), koji je 1832. došao na uspješnu ideju o stvaranju telegrafske abecede koja se sastojala od samo dva znaka. Nakon brojnih pokušaja, Morse je konačno uspio privatno izgraditi prvi grubi model telegrafa na Sveučilištu New York 1835. Godine 1839. pokusni

linija između Washingtona i Baltimorea, a 1844. prvi Morse-organiziran Američka tvrtka za komercijalno iskorištavanje novog izuma. Bila je to ujedno i prva praktična primjena rezultata znanstvenih istraživanja na području elektroenergetike.

U Engleskoj je Charles Wheatstone (1802.-1875.) počeo proučavati i usavršavati telegraf. bivši gospodar za proizvodnju glazbenih instrumenata. Shvaćanje važnosti

mjerenja otpora, Wheatstone je počeo tražiti najjednostavnije i najtočnije metode za takva mjerenja. Metoda usporedbe u to vrijeme, kao što smo vidjeli, dala je nepouzdane rezultate, uglavnom zbog nedostatka stabilnih izvora napajanja. Wheatstone je već 1840. pronašao način za mjerenje otpora bez obzira na postojanost elektromotorne sile i pokazao svoj uređaj Jacobiju. Međutim, članak u kojem se opisuje ovaj uređaj i koji se s pravom može nazvati prvim radom na području elektrotehnike, pojavio se tek 1843. godine. Ovaj članak opisuje poznati "most", tada nazvan po Wheatstoneu. Zapravo, takav uređaj je opisan -

još 1833. Gunther Christie i samostalno 1840. Marianini; Obojica su predložili metodu redukcije na nulu, ali su njihova teorijska objašnjenja, koja nisu uzimala u obzir Ohmov zakon, ostavljala mnogo toga za poželjeti.

Wheatstone je bio Ohmov obožavatelj i vrlo je dobro poznavao njegov zakon, tako da se njegova teorija o "Wheatstoneovom mostu" ne razlikuje od onoga što se sada daje u udžbenicima. Osim toga, Wheatstone je, kako bi brzo i prikladno promijenio otpor jedne strane mosta kako bi dobio nultu struju u galvanometru uključenom u dijagonalni krak mosta, dizajnirao tri vrste reostata (samu riječ predložio je on

analogija s “reoforom” koji je uveo Ampere, po ugledu na koji je Peclet također uveo pojam “reometar”). Prvi tip reostata s pomičnim nosačem, koji se i danas koristi, stvorio je Wheatstone po analogiji sa sličnim uređajem koji je koristio Jacobi 1841. godine. Drugi tip reostata imao je oblik drvenog cilindra oko kojeg je bila omotana dio žice spojene na strujni krug, koji se lako premotao iz drvenog cilindra u broncu. Treći tip reostata bio je sličan "spremniku otpora" koji je Ernst

Werner Siemens (1816-1892), znanstvenik i industrijalac, poboljšan i široko rasprostranjen 1860. "Wheatstoneov most" omogućio je mjerenje elektromotornih sila i otpora.

Stvaranje podvodnog telegrafa, možda čak i više od zračnog, zahtijevalo je razvoj električnih mjernih metoda. Pokusi s podvodnim telegrafima započeli su još 1837. godine, a jedan od prvih problema koji je trebalo riješiti bilo je određivanje brzine prostiranja struje. Davne 1834. Wheatstone je pomoću rotirajućih zrcala, koja smo već spomenuli u pogl. 8, napravio je prva mjerenja ove brzine, ali su njegovi rezultati bili u suprotnosti s rezultatima Latimera Clarka, a potonji, pak, nisu odgovarali kasnijim studijama drugih znanstvenika.

Godine 1855. William Thomson (koji je kasnije dobio titulu lord Kelvin) objasnio je razlog svih ovih razlika. Prema Thomsonu, brzina struje u vodiču nema određenu vrijednost. Kao što brzina širenja topline u štapu ovisi o materijalu, tako i brzina struje u vodiču ovisi o umnošku njegovog otpora i električnog kapaciteta. Slijedeći ovu svoju teoriju, koja je u njegovo vrijeme

bio izložen žestokim kritikama, Thomson se pozabavio problemima vezanim uz podvodnu telegrafiju.

Prvi transatlantski kabel koji povezuje Englesku i Ameriku radio je oko mjesec dana, ali se onda pokvario. Thomson je proračunao novi kabel, izvršio brojna mjerenja otpora i kapacitivnosti, te došao do novih odašiljačkih uređaja, od kojih treba spomenuti astatički reflektivni galvanometar, zamijenjen "sifonskim snimačem" vlastitog izuma. Konačno, 1866. godine, novi transatlantski kabel uspješno je pušten u rad. Stvaranje ove prve velike elektrotehničke građevine pratio je razvoj sustava jedinica električnih i magnetskih mjerenja.

Osnove elektromagnetske metrike postavio je Carl Friedrich Gauss (1777-1855) u svom poznatom članku “Intensitas vis magneticae terrestris ad mensuram absolutam revocata” (“Veličina sile zemaljskog magnetizma u apsolutnim mjerama”), objavljenom 1832. Gauss je primijetio da se različite magnetske mjerne jedinice ne mogu usporediti

sam, barem većim dijelom, te je stoga predložio sustav apsolutnih jedinica temeljen na tri osnovne jedinice mehanike: sekunda (jedinica za vrijeme), milimetar (jedinica za duljinu) i miligram (jedinica za masu). Kroz njih je izrazio sve ostalo fizičke jedinice i izumio niz mjernih instrumenata, posebice magnetometar za mjerenje zemaljskog magnetizma u apsolutnim jedinicama. Gaussov rad nastavio je Weber, koji je izgradio mnoge vlastite instrumente i instrumente koje je Gauss zamislio. Postupno, posebno zahvaljujući radu Maxwella, provedenom u posebnoj komisiji za mjerenja koju je stvorilo British Association, koja je izdavala godišnja izvješća od 1861. do 1867., pojavila se ideja za stvaranjem objedinjeni sustavi mjere, posebno sustav elektromagnetskih i elektrostatičkih mjera.

Ideja o stvaranju takvih apsolutnih sustava jedinica detaljno je opisana u povijesnom izvješću iz 1873. godine od strane Druge komisije Britanske udruge. Sazvan u Parizu 1881. godine, Međunarodni kongres je prvi put uspostavio međunarodne mjerne jedinice, dajući svakoj od njih ime u čast nekog velikog fizičara. Većina ovih imena još uvijek ostaje: volt, ohm, amper, joule itd. Poslije

mnogo zaokreta, Međunarodni Georgiejev sustav, ili MKSQ, uveden je 1935. godine, koji kao osnovne jedinice uzima metar, kilogram-masu, sekundu i ohm.

Uz "sustave" jedinica povezane su "dimenzijske formule", koje je prvi upotrijebio Fourier u svojoj analitičkoj teoriji topline (1822.), a proširio Maxwell, koji je uspostavio notaciju koja se u njima koristi. Mjeriteljstvo prošlog stoljeća, temeljeno na želji da se svi fenomeni objasne mehaničkim modelima, dalo je veliki značaj formule dimenzija, u kojima je htjela vidjeti ni više ni manje kao ključ tajni prirode. Istodobno je iznijet niz izjava gotovo dogmatske naravi. Tako je bila gotovo obvezna dogma da moraju postojati tri osnovne veličine. Ali do kraja stoljeća počeli su shvaćati da su dimenzionalne formule čisto konvencionalne, zbog čega je interes za dimenzionalne teorije počeo postupno opadati.

Zaključak

Profesor fizike na Sveučilištu u Münchenu E. Lommel dobro je govorio o značaju Ohmovih istraživanja na otvaranju spomenika znanstveniku 1895. godine:

"Ohmovo otkriće bilo je sjajna baklja koja je osvijetlila to područje elektriciteta, koje je prije bilo obavijeno tamom. Ohm je pokazao jedini ispravan put kroz neprohodnu šumu nedokučivih činjenica. Iznimni uspjesi u razvoju elektrotehnike, koji gledali smo s čuđenjem u posljednjih desetljeća, moglo se postići samo na temelju Ohmovog otkrića. Samo onaj koji je u stanju dominirati i kontrolirati sile prirode, tko je u stanju razotkriti zakone prirode, Om je oteo prirodi tajnu koju je toliko dugo skrivala i predao je svojim suvremenicima.”

Popis korištenih izvora

Dorfman Ya.G. Svjetska povijest fizičari. M., 1979 Ohm G. Određivanje zakona prema kojem metali provode kontaktni elektricitet. - U knjizi: Klasici fizikalnih znanosti. M., 1989

Enciklopedija Sto ljudi. Koja je promijenila svijet. Ohm.

Prokhorov A. M. Fizički enciklopedijski rječnik, M., 1983

Orir J. Fizika, tom 2. M., 1981

Giancoli D. Fizika, tom 2. M., 1989

http://www.portal-slovo.ru/

http://www.polarcom.ru/~vvtsv/s_doc9c.html)

Objavljeno na Allbest.ru

Slični dokumenti

Povijest otkrića Isaaca Newtona o "Zakonu univerzalne gravitacije", događaji koji su prethodili ovom otkriću. Bit i granice primjene prava. Formuliranje Keplerovih zakona i njihova primjena na gibanje planeta, njihovih prirodnih i umjetnih satelita.

prezentacija, dodano 25.07.2010


Proučavanje gibanja tijela pod utjecajem stalne sile. Jednadžba harmonijskog oscilatora. Opis titranja matematičkog njihala. Kretanje planeta oko Sunca. Riješenje diferencijalna jednadžba. Primjena Keplerova zakona, drugi Newtonov zakon.

sažetak, dodan 24.08.2015


Povijest otkrića zakona univerzalne gravitacije. Johannes Kepler kao jedan od otkrivača zakona planetarnog gibanja oko Sunca. Bit i značajke Cavendisheva eksperimenta. Analiza teorije sila obostrana privlačnost. Osnovne granice primjenjivosti prava.

prezentacija, dodano 29.03.2011


Proučavanje "Arhimedovog zakona", provođenje pokusa za određivanje Arhimedove sile. Izvođenje formula za određivanje mase istisnute tekućine i izračunavanje gustoće. Primjena "Arhimedovog zakona" za tekućine i plinove. Metodološki razvoj lekcije na ovu temu.

bilješke za lekciju, dodano 27.09.2010


Biografski podaci o Newtonu - velikom engleskom fizičaru, matematičaru i astronomu, njegova djela. Istraživanja i otkrića znanstvenika, eksperimenti u optici i teoriji boja. Newtonov prvi izvod brzine zvuka u plinu, temeljen na Boyle-Mariotteovom zakonu.

prezentacija, dodano 26.08.2015


Proučavanje uzroka magnetske anomalije. Metode određivanja horizontalne komponente napetosti magnetsko polje Zemlja. Primjena Biot-Savart-Laplaceovog zakona. Utvrđivanje razloga skretanja strelice nakon primjene napona na svitak tangentno-galvanometra.

test, dodan 25.06.2015


Opis osnovnih Newtonovih zakona. Značajke prvog zakona o očuvanju stanja mirovanja ili jednolikog gibanja tijela pod kompenziranim djelovanjem drugih tijela na njega. Načela zakona ubrzanja tijela. Značajke inercijalnih referentnih sustava.

prezentacija, dodano 16.12.2014


Keplerovi zakoni gibanja planeta, njihov kratak opis. Povijest otkrića Zakona univerzalne gravitacije I. Newtona. Pokušaji stvaranja modela svemira. Gibanje tijela pod utjecajem sile teže. Gravitacijske sile privlačnost. Umjetni Zemljini sateliti.

sažetak, dodan 25.07.2010


Provjera valjanosti odnosa kod paralelnog spajanja otpornika i prvog Kirchhoffovog zakona. Značajke impedancije prijemnika. Metoda proračuna napona i struje za različite spojeve. Bit Ohmovog zakona za dionicu i za cijeli krug.

laboratorijski rad, dodano 01.12.2010


Temeljne interakcije u prirodi. Međudjelovanje električnih naboja. Svojstva električnog naboja. Zakon održanja električnog naboja. Formulacija Coulombova zakona. Vektorski oblik i fizikalno značenje Coulombova zakona. Princip superpozicije.

Počinjemo objavljivati ​​materijale u novom odjeljku "", au današnjem ćemo članku govoriti o temeljnim pojmovima bez kojih se ne može raspravljati o niti jednom elektroničkom uređaju ili krugu. Kao što ste možda pogodili, mislim struja, napon i otpor😉 Osim toga, nećemo zanemariti zakon koji određuje odnos ovih količina, ali neću žuriti, idemo postupno.

Pa počnimo s konceptom napon.

Napon.

A-priorat napon je energija (ili rad) koja se troši za premještanje jediničnog pozitivnog naboja od točke s niskim potencijalom do točke s visokim potencijalom (tj. prva točka ima negativniji potencijal u usporedbi s drugom). Sjećamo se iz tečaja fizike da je potencijal elektrostatskog polja skalarna veličina jednaka omjeru potencijalne energije naboja u polju i ovog naboja. Pogledajmo mali primjer:

U prostoru postoji stalno električno polje čiji je intenzitet jednak E. Razmotrite dvije točke koje se nalaze na udaljenosti d jedni od drugih. Dakle, napon između dvije točke nije ništa više od potencijalne razlike u tim točkama:

Istodobno, ne zaboravite na vezu između jakosti elektrostatskog polja i potencijalne razlike između dvije točke:

I kao rezultat toga dobivamo formulu koja povezuje stres i napetost:

U elektronici, pri razmatranju razne sheme, napon se još uvijek smatra potencijalnom razlikom između točaka. Sukladno tome, postaje jasno da je napon u krugu koncept povezan s dvije točke u krugu. To jest, reći, na primjer, "napon u otporniku" nije sasvim točno. A ako govore o naponu u nekoj točki, onda misle na potencijalnu razliku između ove točke i "Zemlja". Tako smo glatko došli do još jednog najvažniji koncept pri proučavanju elektronike, odnosno na koncept "Zemlja":) Pa evo ga "Zemlja" u električnim krugovima najčešće se prihvaća točka nultog potencijala (to jest, potencijal ove točke jednak je 0).

Recimo još nekoliko riječi o jedinicama koje pomažu karakterizirati količinu napon. Mjerna jedinica je Volt (V). Gledajući definiciju pojma napona, lako možemo razumjeti da se pomiče naboj veličine 1 privjesak između točaka koje imaju razliku potencijala 1 volt, potrebno je izvršiti rad jednak 1 džul. Ovim je izgleda sve jasno i možemo dalje 😉

I sljedeći na redu imamo još jedan koncept, naime Trenutno.

Struja, jakost struje u strujnom krugu.

Što je struja?

Razmislimo što će se dogoditi ako nabijene čestice, na primjer, elektroni, dođu pod utjecaj električnog polja... Razmotrimo vodič kojem je određena napon:

Iz smjera jakosti električnog polja ( E) možemo zaključiti da je title="Rendered by QuickLaTeX.com" height="16" width="60" style="vertical-align: -4px;"> (вектор напряженности всегда направлен в сторону уменьшения потенциала). На каждый электрон начинает действовать сила:!}

Gdje je e naboj elektrona.

A budući da je elektron negativno nabijena čestica, vektor sile će biti usmjeren u smjeru suprotnom od smjera vektora jakosti polja. Dakle, pod utjecajem sile čestice uz kaotično gibanje poprimaju i usmjereno gibanje (vektor brzine V na slici). Kao rezultat toga, nastaje struja 🙂

Struja je uređeno kretanje nabijenih čestica pod utjecajem električnog polja.

Važno je da se pretpostavlja da struja teče od točke s pozitivnijim potencijalom do točke s negativnijim potencijalom, iako se elektron kreće u suprotnom smjeru.

Ne mogu samo elektroni djelovati kao nositelji naboja. Na primjer, u elektrolitima i ioniziranim plinovima, tijek struje prvenstveno je povezan s kretanjem iona, koji su pozitivno nabijene čestice. Prema tome, smjer vektora sile koji djeluje na njih (a istovremeno i vektor brzine) podudarat će se sa smjerom vektora E. I u ovom slučaju neće doći do proturječja, jer će struja teći točno u smjeru u kojem se čestice kreću :)

Kako bi procijenili struju u krugu, došli su do takve veličine kao što je jakost struje. Tako, jakost struje (ja) je veličina koja karakterizira brzinu kretanja električnog naboja u točki. Jedinica struje je Amper. Jačina struje u vodiču jednaka je 1 amper, ako je za 1 sekunda naboj prolazi kroz presjek vodiča 1 privjesak.

Već smo obradili koncepte struje i napona, sada shvatimo kako su te količine povezane. A za ovo moramo proučiti što je to otpor vodiča.

Otpor vodiča/strujnog kruga.

Uvjet " otpornost” već govori za sebe 😉

Tako, otpornost– fizikalna veličina koja karakterizira svojstva vodiča da smeta ( odoljeti) prolazak električne struje.

Razmotrimo bakreni vodič duljina l s površinom presjeka jednakom S:

Otpor vodiča ovisi o nekoliko čimbenika:

Specifični otpor je tablična vrijednost.

Formula pomoću koje možete izračunati otpor vodiča je sljedeća:

Za naš slučaj to će biti jednako 0,0175 (Ohm * sq. mm/m)– otpornost bakra. Neka je duljina vodiča 0,5 m, a površina presjeka jednaka je 0,2 četvornih mm. Zatim:

Kao što ste već shvatili iz primjera, mjerna jedinica otpornost je Ohm 😉

S otpor vodiča sve je jasno, vrijeme je da proučimo odnos napon, struja i otpor kruga.

I tu nam u pomoć dolazi temeljni zakon sve elektronike - Ohmov zakon:

Struja u strujnom krugu izravno je proporcionalna naponu i obrnuto proporcionalna otporu tog dijela strujnog kruga.

Razmotrimo najjednostavniji električni krug:

Kao što slijedi iz Ohmovog zakona, napon i struja u krugu su povezani na sljedeći način:

Neka je napon 10 V, a otpor kruga 200 ohma. Tada se struja u krugu izračunava na sljedeći način:

Kao što vidite, sve nije teško :)

Možda ćemo ovdje završiti današnji članak, hvala vam na pažnji i vidimo se uskoro! 🙂