Jakost toka v odseku tokokroga je premo sorazmerna z napetostjo in obratno sorazmerna z električnim uporom danega odseka tokokroga.

Ohmov zakon je zapisan kot:

Kje: I - tok (A), U - napetost (V), R - upor (Ohm).

Upoštevati je treba, da Ohmov zakon je temeljni(osnovno) in se lahko uporabi za kateri koli fizični sistem, v katerem so tokovi delcev ali polja, ki premagujejo upor. Uporablja se lahko za izračun hidravličnih, pnevmatskih, magnetnih, električnih, svetlobnih in toplotnih tokov.

Ohmov zakon določa razmerje med tremi osnovnimi količinami: tokom, napetostjo in uporom. Pravi, da je tok premo sorazmeren z napetostjo in obratno sorazmeren z uporom.

Tok teče od točke s presežkom elektronov do točke s pomanjkanjem elektronov. Pot, po kateri teče tok, se imenuje električni krog. Vsa električna vezja so sestavljena iz trenutni vir, obremenitve in prevodniki. Tokovni vir zagotavlja potencialno razliko, ki omogoča pretok toka. Vir energije je lahko baterija, generator ali druga naprava. Obremenitev se upira toku toka. Ta upor je lahko visok ali nizek, odvisno od namena vezja. Tok v tokokrogu teče skozi vodnike od vira do bremena. Prevodnik mora zlahka oddajati elektrone. Večina prevodnikov uporablja baker.

Pot električnega toka do bremena lahko poteka skozi tri vrste tokokrogov: zaporedno vezje, vzporedno vezje ali zaporedno vzporedno vezje električni tokokrog teče od negativnega priključka tokovnega vira skozi breme do pozitivnega priključka tokovnega vira.

Dokler ta pot ni prekinjena, je tokokrog zaprt in tok teče.

Če pa je pot prekinjena, bo tokokrog postal odprt in tok ne bo mogel teči skozenj.

Tok v električnem tokokrogu je mogoče spremeniti s spreminjanjem uporabljene napetosti ali upora tokokroga. Tok se spreminja v enakem razmerju kot napetost ali upor. Če se napetost poveča, se poveča tudi tok. Če se napetost zmanjša, se zmanjša tudi tok. Po drugi strani pa, če se upor poveča, se tok zmanjša. Če se upor zmanjša, se tok poveča. To razmerje med napetostjo, tokom in uporom imenujemo Ohmov zakon.

Ohmov zakon pravi, da je tok v vezju (zaporednem, vzporednem ali zaporedno vzporednem) premo sorazmeren z napetostjo in obratno sorazmeren z uporom

Pri določanju neznanih količin v vezju upoštevajte ta pravila:

1. Nariši shemo vezja in označi vse znane količine.
2. Izvedite izračune za enakovredna vezja in ponovno narišite vezje.
3. Izračunajte neznane količine.

Ne pozabite: Ohmov zakon velja za kateri koli del vezja in ga je mogoče uporabiti kadar koli. Enak tok teče skozi zaporedno vezje in enaka napetost se uporablja za katero koli vejo vzporednega vezja.

Zgodovina Ohmovega zakona

Georg Ohm je med izvajanjem poskusov z vodnikom ugotovil, da je jakost toka v prevodniku sorazmerna z napetostjo, ki se uporablja na njegovih koncih. Koeficient sorazmernosti se imenuje električna prevodnost, vrednost pa običajno imenujemo električni upor prevodnika. Ohmov zakon je bil odkrit leta 1826.

Spodaj so animacije vezij, ki ponazarjajo Ohmov zakon. Upoštevajte, da je (na prvi sliki) ampermeter (A) idealen in ima ničelni upor.

Ta animacija prikazuje, kako se spremeni tok v tokokrogu, ko se spremeni uporabljena napetost.

Naslednja animacija prikazuje, kako se spreminja tok v tokokrogu, ko se spreminja upor.

Za elektrotehnika in elektronika je eden od osnovnih zakonov Ohmov zakon. Delo pred strokovnjaka vsak dan postavlja nove izzive, pogosto pa je treba izbrati zamenjavo za pregoreli upor ali skupino elementov. Električar mora pogosto menjati kable, izbrati morate pravi tok, zato morate uporabiti najpreprostejšega fizikalni zakoni in razmerja v Vsakdanje življenje. Pomen Ohmovega zakona v elektrotehniki je ogromen, mimogrede, večina diplomskih del iz elektrotehničnih specialnosti se izračuna za 70-90% po eni formuli.

Zgodovinska referenca

Ohmov zakon je odkril leta 1826 nemški znanstvenik Georg Ohm. Empirično je ugotovil in opisal zakonitost razmerja med tokom, napetostjo in vrsto vodnika. Kasneje se je izkazalo, da tretja komponenta ni nič drugega kot odpornost. Kasneje so ta zakon poimenovali po odkritelju, vendar zadeva ni bila omejena na zakon, poimenovali so ga po njegovem priimku fizikalna količina, kot poklon njegovemu delu.

Količina, v kateri se meri upor, je poimenovana po Georgu Ohmu. Na primer, upori imajo dve glavni značilnosti: moč v vatih in upor - merska enota v ohmih, kilo-ohmih, mega-ohmih itd.

Ohmov zakon za odsek vezja

Za opis električnega vezja, ki ne vsebuje EMF, lahko uporabite Ohmov zakon za del vezja. To je največ preprosta oblika zapisi. Videti je takole:

Kjer je I tok, merjen v amperih, U napetost v voltih, R upor v ohmih.

Ta formula nam pove, da je tok neposredno sorazmeren z napetostjo in obratno sorazmeren z uporom - to je natančna formulacija Ohmovega zakona. Fizični pomen te formule je opisati odvisnost toka skozi odsek vezja pri znanem uporu in napetosti.

Pozor! Ta formula velja za enosmerni tok, Za izmenični tok ima majhne razlike, k temu se bomo vrnili pozneje.

Poleg razmerja med električnimi količinami nam ta obrazec pove, da je graf toka proti napetosti v uporu linearen in da je funkcijska enačba izpolnjena:

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

Ohmov zakon za odsek tokokroga se uporablja za izračun upora upora v odseku tokokroga ali za določitev toka skozi njega pri znani napetosti in uporu. Na primer, imamo upor R z uporom 6 ohmov, na njegovih sponkah je napetost 12 V. Ugotoviti moramo, koliko toka bo teklo skozi njega. Izračunajmo:

I=12 V/6 Ohm=2 A

Idealen prevodnik nima upora, vendar ima vsako prevodno telo zaradi zgradbe molekul snovi, iz katere je sestavljen, upor. To je bil denimo povod za prehod iz aluminijaste žice do bakra v domačih električnih omrežjih. Upornost bakra (Ohm na 1 meter dolžine) je manjša od upornosti aluminija. Oziroma bakrene žice Manj se segrejejo, prenesejo visoke tokove, kar pomeni, da lahko uporabite žico manjšega prereza.

Drug primer so spirale ogrevalne naprave in upori imajo visoko specifično odpornost, ker so izdelani iz različnih kovin z visoko upornostjo, kot so nikrom, kantal itd. Ko se nosilci naboja premikajo po prevodniku, trčijo z delci v kristalni mreži, pri čemer se sprosti energija v obliki toplote in prevodnik segreje. Večji kot je tok, več je trkov, večje je ogrevanje.

Za zmanjšanje segrevanja je treba prevodnik bodisi skrajšati bodisi njegovo debelino (območje prečni prerez). Te informacije lahko zapišemo kot formulo:

R žica =ρ(L/S)

kjer je ρ – upornost v Ohm*mm 2 /m, L – dolžina v m, S – površina preseka.

Ohmov zakon za vzporedna in zaporedna vezja

Glede na vrsto povezave opazimo različne vzorce tokovnega toka in porazdelitve napetosti. Za del vezja, ki zaporedno povezuje elemente, se napetost, tok in upor določijo po formuli:

To pomeni, da v vezju poljubnega števila zaporedno vezanih elementov teče enak tok. V tem primeru je napetost, ki se uporablja za vse elemente (vsota padcev napetosti), enaka izhodni napetosti vira energije. Vsak posamezen element ima svojo napetost, ki je odvisna od trenutne jakosti in upora posameznega:

U el =I*R element

Upornost odseka vezja za vzporedno povezane elemente se izračuna po formuli:

1/R=1/R1+1/R2

Za mešano povezavo morate verigo zmanjšati na enakovredno obliko. Na primer, če je en upor povezan z dvema vzporedno vezanima uporoma, potem najprej izračunajte upornost vzporedno vezanih. Dobili boste skupni upor dveh uporov in vse kar morate storiti je, da ga prištejete tretjemu, ki je z njima povezan zaporedno.

Ohmov zakon za popolno vezje

Celotno vezje zahteva vir energije. Idealen vir energije je naprava, ki ima edino lastnost:

• napetost, če je vir EMF;
• moč toka, če gre za vir toka;

Tak vir energije je sposoben zagotoviti kakršno koli moč z nespremenjenimi izhodnimi parametri. V pravem viru energije obstajajo tudi parametri, kot sta moč in notranji upor. V bistvu je notranji upor namišljeni upor, nameščen zaporedno z virom EMF.

Formula Ohmovega zakona za popolna veriga izgleda podobno, vendar doda notranjo odpornost IP. Za celotno verigo je zapisan s formulo:

I=ε/(R+r)

Kjer je ε EMF v voltih, R je upor obremenitve, r je notranji upor vira energije.

V praksi je notranji upor delček Ohma, pri galvanskih virih pa se znatno poveča. To ste opazili, ko imata dve bateriji (nova in prazna) enako napetost, vendar ena proizvaja zahtevani tok in deluje pravilno, druga pa ne deluje, ker... upade že pri najmanjši obremenitvi.

Ohmov zakon v diferencialni in integralni obliki

Za homogeni odsek tokokroga veljajo zgornje formule, za neenoten vodnik pa ga je treba razdeliti na najkrajše segmente, tako da so spremembe njegovih dimenzij znotraj tega segmenta čim manjše. To se v diferencialni obliki imenuje Ohmov zakon.

Z drugimi besedami: gostota toka je neposredno sorazmerna z napetostjo in prevodnostjo za neskončno majhen odsek prevodnika.

V integralni obliki:

Ohmov zakon za izmenični tok

Pri izračunu AC tokokrogov se namesto koncepta upora uvede koncept "impedance". Impedanca je označena s črko Z, vključuje aktivno obremenitveno upornost R a in reaktanco X (ali R r). To je posledica oblike sinusnega toka (in tokov vseh drugih oblik) in parametrov induktivnih elementov ter zakonov komutacije:

1. Tok v vezju z induktivnostjo se ne more spremeniti v trenutku.
2. Napetost v vezju s kondenzatorjem se ne more spremeniti v trenutku.

Tako začne tok zaostajati ali voditi napetost, skupna moč pa se razdeli na aktivno in reaktivno.

X L in X C sta reaktivni komponenti bremena.

V zvezi s tem je uvedena vrednost cosФ:

Tukaj – Q – jalova moč zaradi izmeničnega toka in induktivno-kapacitivnih komponent, P – aktivna moč (porazdeljena na aktivne komponente), S – navidezna moč, cosФ – faktor moči.

Morda ste opazili, da se formula in njena predstavitev prekrivata s Pitagorovim izrekom. To res drži in kot F je odvisen od tega, kako velika je jalova komponenta bremena - večja kot je, večja je. V praksi to vodi do dejstva, da je tok, ki dejansko teče v omrežju, večji od tistega, ki ga zabeleži gospodinjski števec, medtem ko podjetja plačujejo polno moč.

V tem primeru je odpornost predstavljena v kompleksni obliki:

Tukaj je j imaginarna enota, ki je značilna za kompleksno obliko enačb. Redkeje ga označujemo z i, v elektrotehniki pa označujemo tudi efektivno vrednost izmeničnega toka, zato je, da ne bi prišlo do zmede, bolje uporabiti j.

Imaginarna enota je enaka √-1. Logično je, da na kvadrat ne obstaja takšno število, ki bi lahko povzročilo negativen rezultat "-1".

Kako si zapomniti Ohmov zakon

Če si želite zapomniti Ohmov zakon, si lahko zapomnite besedilo s preprostimi besedami vrsta:

Višja kot je napetost, večji je tok; večji kot je upor, manjši je tok.

Ali pa uporabite mnemonične slike in pravila. Prvi je predstavitev Ohmovega zakona v obliki piramide – kratko in jasno.

Mnemotehnično pravilo je poenostavljena oblika koncepta za enostavno in enostavno razumevanje in preučevanje. Lahko v besedni ali grafični obliki. Če želite pravilno najti pravo formulo, jo zaprite s prstom zahtevana vrednost in dobite odgovor v obliki produkta ali količnika. Takole deluje:

Drugi je karikaturalni prikaz. Tukaj je prikazano: bolj kot se Ohm trudi, težje je za Ampere prehod, in več voltov, lažje je za Ampere.

Ohmov zakon je eden temeljnih v elektrotehniki; brez njegovega poznavanja je večina izračunov nemogoča. In v vsakdanjem delu je pogosto potrebno pretvoriti ali določiti tok z uporom. Sploh ni potrebno razumeti njegove izpeljave in izvora vseh količin – treba pa je obvladati končne formule. Na koncu bi rad omenil, da med električarji obstaja stara šala: "Če ne poznate Oma, ostanite doma." In če ima vsaka šala zrno resnice, potem je tukaj to zrno resnice 100%. Študij teoretična osnova, če želite postati profesionalec v praksi, drugi članki z našega spletnega mesta pa vam bodo pri tem pomagali.

všeč( 0 ) Ne maram( 0 )

Za odsek vezja je to morda najbolj uporaben zakon v elektroniki in elektrotehniki. Za kompleksnostjo njegove formulacije se skrivata preprostost in eleganca njegove uporabe.

Formulirano je na naslednji način: količina toka v odseku vezja je neposredno sorazmerna z napetostjo, ki se uporablja za ta odsek, in obratno sorazmerna z njegovim uporom:

To formulo si je zelo enostavno zapomniti, če pa si še vedno ne morete, naredite trikotnik na kartonu, kot je na sliki na začetku članka. To je čarobni trikotnik Ohmovega zakona - samo zaprite vrednost, ki jo je treba najti, in preostali del trikotnika bo pokazal formulo za iskanje.

na primer, poznamo delovno napetost žarnice in njen delovni tok (na žarnicah svetilke so navedeni neposredno na podstavku). Kakšen je upor žarilne nitke te žarnice? Vse je zelo preprosto, zapremo upor v trikotnik in vidimo, da ostane napetost, deljena s tokom.

Zdaj pa ugotovimo, kaj vse te zapletene besede v definiciji pomenijo.

Torej, dve zanimivi težko izgovorljivi besedi oziroma besedni zvezi: premo sorazmerno in obratno sorazmerno.

Kaj pomeni "velikost toka je neposredno sorazmerna z napetostjo"? To pomeni, da ko se napetost v odseku tokokroga poveča, se poveča tudi tok v tem odseku. To pomeni, večja kot je napetost, večji je tok. Vse to velja za odsek vezja z enako napetostjo.

Kar zadeva "obratno sorazmerno z njegovim uporom", je ravno nasprotno. Večja kot je upornost odseka tokokroga, manj toka teče skozi njega. To velja, če se na tem odseku uporabi enak upor.

Poglejmo si uporabo tega zakona na preprost primer. Vzemimo navadno svetilko z žarnico, v katero so vstavljene tri "okrogle" baterije. Diagram takšne svetilke bo videti takole.

V tem vezju so GB1 - GB3 tri baterije, S1 je stikalo, HL1 je žarnica.

Torej, kot nam pravi Ohmov zakon: količina toka v odseku vezja je neposredno sorazmerna z napetostjo, ki se uporablja za ta odsek, in obratno sorazmerna z njegovim uporom. Vzemimo za razmislek del vezja, ki ga sestavlja žarnica.

Zdaj pa preprosto vprašanje: kaj določa svetlost žarnice? Tako je - od jakosti toka, ki teče skozi žarilno nitko te žarnice. To pomeni, da lahko uporabimo svetlost žarnice kot indikator jakosti toka v vezju svetilke.

In res, kaj se bo zgodilo s sijem žarnice, če odstranimo eno baterijo in namesto nje vstavimo mostiček?

Vsako električno vezje nujno vsebuje vir električna energija in njen naslednik. Kot primer razmislite o preprostem električnem vezju, sestavljenem iz baterije in žarnice z žarilno nitko.

Baterija je vir električne energije, žarnica je njen sprejemnik. Med poloma vira električne energije obstaja potencialna razlika (+ in -), ko se tokokrog sklene, se začne proces njegovega izenačevanja pod vplivom elektromotorne sile, skrajšano EMF. Teče skozi verigo elektrika, opravlja delo - segreje spiralo žarnice, spirala začne svetiti.

Na ta način se električna energija pretvarja v toplotno in svetlobno energijo.
Električni tok (J) je urejeno gibanje nabitih delcev, v v tem primeru- elektroni.
Elektroni imajo negativen naboj, zato je njihovo gibanje usmerjeno proti pozitivnemu (+) polu vira energije.

V tem primeru vedno nastane elektromagnetno polje, ki se širi od (+) do (-) vira (proti gibanju elektronov) po električnem tokokrogu s svetlobno hitrostjo. Tradicionalno velja, da se električni tok (J) giblje od pozitivnega (+) pola do negativnega (-) pola.

Urejeno gibanje elektronov skozi kristalno mrežo snovi, ki je prevodnik, ne poteka neovirano. Elektroni medsebojno delujejo z atomi snovi in ​​povzročijo, da se ta segreje. Tako ima snov odpornost(R) električni tok, ki teče skozenj. In večja kot je vrednost upora pri enaki vrednosti toka, močnejše je ogrevanje.

Električni upor je vrednost, ki označuje odpornost električnega tokokroga (ali njegovega odseka) na električni tok, merjeno v Omaha. Električni Napetost(U) - velikost potencialne razlike vira električnega toka. Električni Napetost(U), električni odpornost(R), električni trenutno(J) so osnovne lastnosti najpreprostejšega električnega tokokroga, med seboj so v določenem razmerju.

Z zgornjim kalkulatorjem Ohmovega zakona lahko preprosto izračunate vrednosti toka, napetosti in upora katerega koli sprejemnika električne energije. Tudi z zamenjavo vrednosti napetosti in toka lahko določite njegovo moč in obratno.

Na primer, morate ugotoviti tok, ki ga porabi električna energija. grelnik vode, moč 2,2 kW.
V stolpcu "Napetost" nadomestimo vrednost napetosti našega omrežja v voltih - 220.
V stolpec »Moč« ustrezno vnesite vrednost moči v vatih 2200 (2,2 kW) Pritisnite gumb »Ugotovite trenutno moč« - dobimo rezultat v amperih - 10. Če nato pritisnete gumb »Upornost«, poleg tega lahko ugotovite električni upor našega kotlička med njegovim delovanjem - 22 ohmov.

Z zgornjim kalkulatorjem lahko enostavno izračunate skupna vrednost upora za dva vzporedno povezana upora.

Drugi Kirchhoffov zakon pravi: v zaprtem električnem krogu je algebraična vsota emf enaka algebraična vsota padci napetosti v posameznih odsekih vezja. V skladu s tem zakonom lahko za vezje, prikazano na spodnji sliki, zapišemo:

R rev =R 1 +R 2

Se pravi, kdaj serijsko povezavo elementov vezja je skupni upor vezja enak vsoti uporov njegovih sestavnih elementov, napetost pa je porazdeljena med njimi sorazmerno z uporom vsakega.
Na primer, v Novoletna girlanda sestavljen iz 100 majhnih enakih žarnic, od katerih je vsaka zasnovana za napetost 2,5 voltov, priključenih na omrežje 220 voltov, vsaka žarnica bo imela 220/100 = 2,2 volta.
In seveda bo v tej situaciji srečno delala do konca svojih dni.

Izmenični tok.

Izmenični tok, za razliko od enosmernega, nima stalne smeri. Na primer v navadni gospodinjski elektriki. omrežja 220 voltov 50 hercev, plus in minus zamenjata mesta 50-krat na sekundo. Ohmov in Kirchhoffov zakon za DC tokokrogi, tok se uporabljajo tudi za tokokroge izmeničnega toka, vendar le za električne sprejemnike z aktivna odpornosti v čisti obliki, torej kot razna grelni elementi in žarnice z žarilno nitko.

Poleg tega so vsi izračuni narejeni z veljaven vrednosti toka in napetosti. Efektivna vrednost sile izmeničnega toka je številčno enaka toplotno ekvivalentni sili enosmernega toka. Efektivna vrednost Jspremenljivka = 0,707*Jkonstanta Efektivna vrednost Uspremenljivka = 0,707*Ukonstanta Na primer v našem domače omrežje trenutno Vrednost AC napetosti - 220 voltov, in njegova največja (amplitudna) vrednost = 220*(1 / 0,707) = 310 voltov.

Vloga Ohmovih in Kirchhoffovih zakonov v vsakdanjem življenju električarja.

Električar (povsem vsakdo) se pri opravljanju svoje delovne dejavnosti vsakodnevno sooča s posledicami teh temeljnih zakonitosti in pravil, lahko bi rekli, živi v njihovi realnosti. Ali z veliko težavo pridobljeno teoretično znanje uporablja v različnih izobraževalne ustanove, opravljati vsakodnevne delovne obveznosti?
Praviloma - ne! Najpogosteje je preprosto - preprosto, brez kakršne koli potrebe - to storiti.

Kajti vsakodnevno delo običajnega električarja sploh ni sestavljeno iz miselnih izračunov, ampak, nasprotno, iz jasnih, natančnih fizičnih dejanj, ki so jih izpilili z leti. To ne pomeni, da vam sploh ni treba razmišljati. Ravno nasprotno – navsezadnje so posledice nepremišljenih dejanj v tem poklicu včasih zelo drage.

Včasih so med električarji amaterski oblikovalci, najpogosteje pa so to inovatorji. Ti ljudje občasno teoretično znanje, ki ga imajo, uporabijo za dobro, razvijajo in konstruirajo različne naprave, tako za osebne namene kot za dobrobit svoje domače proizvodnje. Brez poznavanja Ohmovih in Kirchhoffovih zakonov so izračuni električnih tokokrogov, ki sestavljajo vezje bodoče naprave, popolnoma nemogoči.

Na splošno lahko rečemo, da sta Ohmov in Kirchhoffov zakon bolj "orodje" inženirja kot električarja.