Prawo Ohma dla kompletnego obwodu

W elektrotechnice istnieją terminy: przekrój i pełny obwód.

Strona nazywa się:

• część obwodu elektrycznego wewnątrz źródła prądu lub napięcia;

• cały zewnętrzny lub wewnętrzny obwód elementów elektrycznych podłączonych do źródła lub jego części.

Termin „kompletny obwód” jest używany w odniesieniu do obwodu ze wszystkimi zmontowanymi obwodami, w tym:

• źródła;

• użytkownicy;

• przewody łączące.

Takie definicje pomagają lepiej poruszać się po obwodach, rozumieć ich charakterystykę, analizować pracę, wyszukiwać uszkodzenia i usterki. Są one osadzone w prawie Ohma, które pozwala rozwiązywać te same pytania w celu optymalizacji procesów elektrycznych dla potrzeb człowieka.

Podstawowe badania Georga Simona Ohma dotyczą praktycznie każdego odcinek obwodu albo cały schemat

Jak działa prawo Ohma dla kompletnego obwodu prądu stałego

Weźmy na przykład ogniwo galwaniczne, popularnie zwane baterią, o różnicy potencjałów U między anodą a katodą. Podłączamy żarówkę z żarnikiem do jej zacisków, który ma rezystancję prostą R.

Prąd I = U / R wytworzony przez ruch elektronów w metalu przepłynie przez włókno. Obwód utworzony przez przewody akumulatora, przewody łączące i żarówkę odnosi się do zewnętrznej części obwodu.

Prąd popłynie również w wewnętrznej części między elektrodami akumulatora. Jej nośnikami będą dodatnio i ujemnie naładowane jony. Elektrony będą przyciągane do katody, a jony dodatnie będą odpychane od niej do anody.

W ten sposób na katodzie i anodzie gromadzą się ładunki dodatnie i ujemne, a między nimi powstaje różnica potencjałów.

Całkowity ruch jonów w elektrolicie jest utrudniony rezystancja wewnętrzna bateriioznaczone „r”. Ogranicza prąd wyjściowy do obwodu zewnętrznego i zmniejsza jego moc do określonej wartości.

W całym obwodzie obwodu prąd przepływa przez obwody wewnętrzny i zewnętrzny, pokonując całkowitą rezystancję R + r dwóch sekcji połączonych szeregowo. Na jego wartość ma wpływ siła przyłożona do elektrod, która jest nazywana elektromotoryczną lub w skrócie EMF i jest oznaczona indeksem „E”.

Jego wartość można zmierzyć woltomierzem na zaciskach akumulatora bez obciążenia (brak zewnętrznego obwodu). Przy obciążeniu podłączonym w tym samym miejscu woltomierz wskazuje napięcie U. Innymi słowy: bez obciążenia na zaciskach akumulatora, U i E mają taką samą wielkość, a gdy prąd płynie przez obwód zewnętrzny, U < E.

Siła E tworzy ruch ładunków elektrycznych w pełnym obwodzie i określa jego wartość I = E / (R + r).

To wyrażenie matematyczne definiuje prawo Ohma dla kompletnego obwodu prądu stałego. Jego działanie dokładniej zilustrowano po prawej stronie zdjęcia.Pokazuje, że cały kompletny obwód składa się z dwóch oddzielnych obwodów prądowych.

Można również zauważyć, że wewnątrz akumulatora, nawet przy wyłączonym obciążeniu obwodu zewnętrznego, naładowane cząstki poruszają się (prąd samorozładowania), w związku z czym dochodzi do niepotrzebnego zużycia metalu na katodzie. Energia baterii, ze względu na opór wewnętrzny, jest zużywana na ogrzewanie i rozpraszanie do otoczenia, az czasem po prostu znika.

Praktyka pokazuje, że zmniejszanie rezystancji wewnętrznej r metodami konstrukcyjnymi nie jest ekonomicznie uzasadnione ze względu na gwałtownie rosnące koszty produktu końcowego i jego dość duże samorozładowanie.

wnioski

Aby zachować sprawność akumulatora należy go użytkować wyłącznie zgodnie z jego przeznaczeniem, podłączając obwód zewnętrzny wyłącznie na czas eksploatacji.

Im wyższa rezystancja podłączonego obciążenia, tym dłuższa żywotność baterii. Dlatego lampy ksenonowe z żarnikiem o mniejszym poborze prądu niż wypełnione azotem o takim samym strumieniu świetlnym zapewniają dłuższą żywotność źródeł energii.

Podczas przechowywania elementów galwanicznych należy wykluczyć przepływ prądu między stykami obwodu zewnętrznego przez niezawodną izolację.

W przypadku, gdy rezystancja obwodu zewnętrznego R akumulatora znacznie przekracza wartość wewnętrzną r, jest on traktowany jako źródło napięciowe, a gdy spełniona jest odwrotna zależność, jako źródło prądowe.

Jak prawo Ohma jest używane dla kompletnego obwodu prądu przemiennego

Układy elektryczne prądu przemiennego są najczęściej spotykane w przemyśle elektrycznym.W tej branży osiągają ogromne odległości, przesyłając energię elektryczną liniami energetycznymi.

Wraz ze wzrostem długości linii transmisyjnej wzrasta jej opór elektryczny, co powoduje nagrzewanie się przewodów i zwiększa straty energii podczas transmisji.

Znajomość prawa Ohma pomogła energetykom zredukować niepotrzebne koszty przesyłu energii elektrycznej. Aby to zrobić, wykorzystali obliczenie składnika utraty mocy w przewodach.

Obliczenia opierają się na wartości wytworzonej mocy czynnej P = E ∙ I, którą należy jakościowo przenieść do oddalonych odbiorców i pokonać całkowity opór:

• wewnętrzny r na generatorze;

• zewnętrzne R przewodów.

Wielkość pola elektromagnetycznego na zaciskach generatora określa się jako E = I ∙ (r + R).

Straty mocy Pp potrzebne do pokonania rezystancji całego obwodu wyrażą się wzorem pokazanym na rysunku.

Widać z niego, że pobór mocy wzrasta proporcjonalnie do długości/rezystancji przewodów i można je zmniejszyć podczas transportu mocy poprzez zwiększenie pola elektromagnetycznego generatora lub napięcia sieciowego. Ta metoda jest wykorzystywana przez włączenie transformatorów podwyższających napięcie do obwodu po stronie generatora linii elektroenergetycznej i transformatorów obniżających napięcie w punkcie odbiorczym podstacji elektrycznych.

Jednak ta metoda jest ograniczona:

• złożoność urządzeń technicznych przeciwdziałających występowaniu wyładowań wieńcowych;

• konieczność oddalenia i odizolowania linii energetycznych od powierzchni ziemi;

• wzrost energii promieniowania liniowego w przestrzeni (pojawienie się efektu anteny).

Charakterystyka działania prawa Ohma w sinusoidalnych obwodach prądu przemiennego

Współcześni użytkownicy przemysłowego wysokiego napięcia i domowej trójfazowej / jednofazowej energii elektrycznej tworzą nie tylko aktywne, ale także reaktywne obciążenia o wyraźnych właściwościach indukcyjnych lub pojemnościowych. Prowadzą one do przesunięcia fazowego między wektorami przyłożonych napięć i prądów płynących w obwodzie.

W tym przypadku do matematycznego zapisu fluktuacji harmonicznych w czasie użyj złożona formai grafika wektorowa są używane do reprezentacji przestrzennej. Prąd przesyłany przez linię elektroenergetyczną jest rejestrowany za pomocą wzoru: I = U / Z.

Matematyczny zapis głównych składowych prawa Ohma liczbami zespolonymi umożliwia programowanie algorytmów urządzeń elektronicznych służących do sterowania i zarządzania złożonymi procesami technologicznymi stale zachodzącymi w systemie elektroenergetycznym.

Wraz z liczbami zespolonymi używana jest różniczkowa forma zapisu wszystkich stosunków. Jest wygodny do analizy właściwości przewodzących materiałów.

Niektóre czynniki techniczne mogą naruszać prawo Ohma dla całego obwodu. Zawierają:

• wysokie częstotliwości drgań, gdy pęd nośników ładunku zaczyna wpływać. Nie mają czasu na nadążanie za tempem zmian w polu elektromagnetycznym;

• stany nadprzewodnictwa pewnej klasy substancji w niskich temperaturach;

• zwiększone nagrzewanie się przewodów prądowych przez prąd elektryczny. gdy charakterystyka prądowo-napięciowa traci swój liniowy charakter;

• zniszczenie warstwy izolacyjnej przez wyładowanie wysokiego napięcia;

• ośrodek gazowych lub próżniowych lamp elektronowych;

• przyrządy i elementy półprzewodnikowe.