O prawie Ohma w popularnym oświadczeniu

Prąd elektryczny i niebezpieczne napięcie nie są słyszalne (z wyjątkiem buczenia linii wysokiego napięcia i instalacji elektrycznych). Części pod napięciem nie różnią się wyglądem.

Niemożliwe jest rozpoznanie ich zarówno po zapachu, jak i podwyższonej temperaturze w normalnych trybach pracy, nie różnią się one. Ale włączamy odkurzacz w cichym i cichym gniazdku, klikamy przełącznik - i energia wydaje się być pobierana znikąd, sama w sobie, materializując się w postaci hałasu i kompresji wewnątrz urządzenia gospodarstwa domowego.

Ponownie, jeśli podłączymy dwa gwoździe do gniazdek i weźmiemy je pod uwagę, to dosłownie całym naszym ciałem odczujemy rzeczywistość i obiektywność istnienia prądu elektrycznego. Jest to oczywiście odradzane.

Ale przykłady z odkurzaczem i gwoździami wyraźnie pokazują nam, że badanie i zrozumienie podstawowych praw elektrotechniki przyczynia się do bezpieczeństwa podczas obchodzenia się z elektrycznością domową, a także eliminacji przesądnych uprzedzeń związanych z prądem i napięciem elektrycznym.

Rozważymy więc jedno, najcenniejsze prawo elektrotechniki, które warto znać. I spróbuj zrobić to w najbardziej popularnej możliwej formie.

Odkrycie prawa Ohma

W 1827 r. Niemiecki fizyk Georg Simon Ohm sformułował prawo łączące wielkość prądu elektrycznego, siłę elektromotoryczną akumulatora i rezystancję prostego obwodu elektrycznego złożonego z akumulatora i biegunów niejednorodnych przewodników połączonych szeregowo. Ponadto stwierdził, że różne substancje mają różną odporność na prąd elektryczny.

Ohm eksperymentalnie stwierdził, że w obwodzie szeregowym złożonym z kilku sekcji z przewodnikami o różnej rezystancji prąd we wszystkich sekcjach jest taki sam, różni się tylko różnica potencjałów na przewodnikach, co Ohm nazywa „spadkiem napięcia”.

Odkrycie prawa Ohma było bardzo ważnym etapem w badaniu zjawisk elektrycznych i magnetycznych, które miały ogromne znaczenie praktyczne. Prawo Ohma i prawa Kirchhoffa, które zostały później odkryte, umożliwiły po raz pierwszy obliczenie obwodów elektrycznych i stały się podstawą powstającej elektrotechniki.

Rodzaje praw Ohma

1. Różniczkowa postać prawa Ohma

Najważniejszym prawem elektrotechniki jest oczywiście Prawo Ohma. Nawet ludzie niezwiązani z elektrotechniką wiedzą o jego istnieniu. Ale tymczasem pytanie „Czy znasz prawo Ohma?” na uniwersytetach technicznych jest pułapką dla zarozumiałych i aroganckich uczniów. Towarzysz oczywiście odpowiada, że ​​Ohm doskonale zna prawo, a następnie zwracają się do niego z prośbą o wprowadzenie tego prawa w różnej formie. A potem okazuje się, że uczeń lub student pierwszego roku musi się jeszcze uczyć i uczyć.

Jednak odmienna forma prawa Ohma jest praktycznie nie do zastosowania. Odzwierciedla związek między gęstością prądu a natężeniem pola:

j = G * E,

gdzie G jest przewodnością obwodu; E to siła prądu elektrycznego.

Wszystko to są próby wyrażenia prąd elektryczny, biorąc pod uwagę tylko właściwości fizyczne materiału przewodnika, bez uwzględnienia jego parametrów geometrycznych (długość, średnica i tym podobne). Różnicowa forma prawa Ohma jest czystą teorią; jego wiedza w życiu codziennym nie jest absolutnie wymagana.

2. Integralna forma prawa Ohma dla odcinka łańcucha

Kolejną rzeczą jest integralna forma nagrywania. Ma również kilka odmian. Najpopularniejszym z nich jest Prawo Ohma dla odcinka łańcucha: I = U / R

Innymi słowy, prąd w sekcji obwodu jest zawsze tym wyższy, im większe napięcie jest przyłożone do tej sekcji i tym mniejsza jest rezystancja tej sekcji.

Ten „rodzaj” prawa Ohma jest po prostu koniecznością dla każdego, kto przynajmniej czasami ma do czynienia z elektrycznością. Na szczęście uzależnienie jest dość proste. W końcu napięcie w sieci można uznać za niezmienione.

Dla gniazdka wynosi 220 woltów. Dlatego okazuje się, że prąd w obwodzie zależy tylko od rezystancji obwodu podłączonego do gniazdka. Stąd prosty morał: ten opór musi być monitorowany.

Zwarcia, które wszyscy słyszą, zdarzają się właśnie z powodu niskiej rezystancji obwodu zewnętrznego. Załóżmy, że z powodu niewłaściwego podłączenia przewodów w puszce przyłączeniowej przewody fazowe i neutralne zostały bezpośrednio ze sobą połączone. Następnie rezystancja sekcji obwodu gwałtownie spadnie do prawie zera, a prąd gwałtownie wzrośnie do bardzo dużej wartości.

Jeśli okablowanie jest prawidłowe, będzie działać wyłącznik automatyczny, a jeśli go nie ma, jest wadliwy lub nieprawidłowo wybrany, drut nie poradzi sobie ze zwiększonym prądem, nagrzeje się, stopi i może spowodować pożar.

Ale zdarza się, że urządzenia, które są podłączone i noszone przez ponad godzinę już stały się przyczyną zwarcie. Typowym przypadkiem jest wentylator, którego uzwojenia silnika uległy przegrzaniu z powodu zakleszczenia łopatek.

Izolacja uzwojeń silnika nie jest przeznaczona do poważnego ogrzewania, szybko staje się bezwartościowa. W rezultacie pojawiają się zwarcia międzyobrotowe, które zmniejszają rezystancję i zgodnie z prawem Ohma prowadzą również do wzrostu prądu.

Zwiększony prąd z kolei sprawia, że ​​izolacja uzwojeń jest całkowicie bezużyteczna, a nie między zwojami, ale występuje prawdziwe, pełnoprawne zwarcie. Prąd płynie dodatkowo do uzwojeń, bezpośrednio z fazy do przewodu neutralnego. To prawda, że ​​wszystko powyższe może się zdarzyć tylko z bardzo prostym i tanim wentylatorem, który nie jest wyposażony w ochronę termiczną.

Ściągawka Ohma do sekcji łańcucha:

Prawo Ohma dla AC

Należy zauważyć, że powyższy zapis prawa Ohma opisuje odcinek obwodu o stałym napięciu. W sieciach napięcia przemiennego występuje dodatnia reaktancja, a impedancja przyjmuje pierwiastek kwadratowy z sumy kwadratów rezystancji czynnej i biernej.

Prawo Ohma dla sekcji obwodu prądu przemiennego ma postać: I = U / Z,

gdzie Z jest impedancją obwodu.

Ale duża reaktancja jest charakterystyczna przede wszystkim dla potężnych maszyn elektrycznych i urządzeń przetwarzających energię. Wewnętrzny opór elektryczny urządzeń gospodarstwa domowego i urządzeń jest prawie całkowicie aktywny. Dlatego w codziennym życiu do obliczeń można użyć najprostszej formy prawa Ohma: I = U / R.

3. Notacja integralna dla całego obwodu

Ponieważ istnieje forma zapisu prawa dla odcinka łańcucha, więc Prawo Ohma dla całego łańcucha: I = E / (r + R).

Tutaj r jest rezystancją wewnętrzną źródła sieci EMF, a R jest całkowitą rezystancją samego obwodu.

Nie musimy daleko sięgać po model fizyczny, aby zilustrować ten podgatunek prawa Ohma. układ elektryczny pojazdu, bateria, w której jest źródło pola elektromagnetycznego.

Nie można zakładać, że rezystancja akumulatora wynosi zero, dlatego nawet przy bezpośrednim zwarciu między jego zaciskami (brak rezystancji R) prąd nie wzrośnie do nieskończoności, ale po prostu do wysokiej wartości.

Jednak ta wysoka wartość oczywiście wystarcza, aby stopić druty i zapalić skórę samochodu. Dlatego obwody elektryczne samochodów chronią przed zwarciami za pomocą bezpieczników.

Takie zabezpieczenie może nie być wystarczające, jeśli nastąpi zwarcie w skrzynce bezpieczników względem akumulatora lub jeśli jeden z bezpieczników zostanie zastąpiony kawałkiem drutu miedzianego. Potem jest tylko jedno zbawienie - konieczne jest jak najszybsze całkowite przerwanie obwodu, wyrzucenie „masy”, czyli ujemnego bieguna.

4Integralna forma prawa Ohma dla części obwodu zawierającego źródło emf

Należy wspomnieć, że istnieje inna odmiana prawa Ohma - dla części obwodu zawierającego źródło emf:

I = (U + E) / (r + R)

lub

I = (U-E) / (r + R)

U to różnica potencjałów na początku i na końcu rozważanego odcinka łańcucha. Znak przed wielkością pola elektromagnetycznego zależy od jego kierunku względem napięcia.

Często konieczne jest zastosowanie prawa Ohma dla części obwodu podczas określania parametrów obwodu, gdy część obwodu nie jest dostępna do szczegółowych badań i nie jest dla nas interesująca.

Załóżmy, że jest ukryty przez integralne części obudowy. W pozostałym obwodzie znajduje się źródło pola elektromagnetycznego i elementy o znanej rezystancji. Następnie, mierząc napięcie na wejściu nieznanej części obwodu, możesz obliczyć prąd, a następnie rezystancję nieznanego elementu.

Wnioski

Widzimy zatem, że „proste” prawo Ohma nie jest tak proste, jak się komuś wydawało. Znając wszystkie formy integralnego zapisu praw Ohma, można zrozumieć i łatwo zapamiętać wiele wymagań dotyczących bezpieczeństwa elektrycznego, a także zyskać zaufanie w obchodzeniu się z elektrycznością.