Định luật Ohm cho một mạch hoàn chỉnh

Trong kỹ thuật điện có các thuật ngữ: phần và toàn mạch.

Trang web được gọi là:

• một phần của mạch điện bên trong nguồn dòng điện hoặc điện áp;

• toàn bộ mạch bên ngoài hoặc bên trong của các phần tử điện được kết nối với nguồn hoặc một phần của nó.

Thuật ngữ «mạch hoàn chỉnh» được dùng để chỉ một mạch điện có tất cả các mạch được lắp ráp, bao gồm:

• nguồn;

• người dùng;

• dây nối.

Các định nghĩa như vậy giúp điều hướng tốt hơn các mạch, hiểu đặc điểm của chúng, phân tích công việc, tìm kiếm các hư hỏng và trục trặc. Chúng được nhúng trong định luật Ohm, cho phép bạn giải quyết các câu hỏi tương tự để tối ưu hóa các quy trình điện cho nhu cầu của con người.

Nghiên cứu cơ bản của Georg Simon Ohm áp dụng cho hầu như mọi phần của mạch hoặc sơ đồ đầy đủ.

Định luật Ohm hoạt động như thế nào đối với một mạch DC hoàn chỉnh

Ví dụ, chúng ta hãy lấy một tế bào điện, thường được gọi là pin, với hiệu điện thế U giữa cực dương và cực âm. Chúng tôi kết nối một bóng đèn với dây tóc với các cực của nó, có điện trở thuần R.

Dòng điện I = U / R được tạo ra bởi sự chuyển động của các electron trong kim loại sẽ chạy qua dây tóc. Mạch được hình thành bởi dây pin, dây kết nối và bóng đèn đề cập đến phần bên ngoài của mạch.

Dòng điện cũng sẽ chạy trong phần bên trong giữa các điện cực của pin. Các hạt tải điện của nó sẽ là các ion tích điện dương và âm. Các electron sẽ bị hút vào cực âm và các ion dương sẽ bị đẩy ra khỏi cực dương.

Theo cách này, các điện tích dương và âm tích tụ trên cực âm và cực dương, và tạo ra sự chênh lệch điện thế giữa chúng.

Chuyển động hoàn toàn của các ion trong chất điện phân bị cản trở điện trở trong của pinđược đánh dấu bằng «r». Nó giới hạn dòng điện ra mạch ngoài và giảm công suất của nó xuống một giá trị nhất định.

Trong mạch điện hoàn chỉnh, dòng điện chạy qua mạch trong và mạch ngoài thắng tổng trở R + r của hai đoạn mạch mắc nối tiếp. Giá trị của nó bị ảnh hưởng bởi lực tác dụng lên các điện cực, được gọi là điện động hoặc EMF và được biểu thị bằng chỉ số «E».

Giá trị của nó có thể được đo bằng vôn kế ở các cực của pin khi không tải (không có mạch ngoài). Với một tải được kết nối ở cùng một nơi, vôn kế hiển thị điện áp U. Nói cách khác: không có tải trên các cực của pin, U và E bằng nhau về độ lớn và khi dòng điện chạy qua mạch ngoài, U < E.

Lực E tạo thành chuyển động của các điện tích trong một mạch hoàn chỉnh và xác định giá trị của nó I = E / (R + r).

Biểu thức toán học này xác định định luật Ohm cho một mạch DC hoàn chỉnh. Hành động của nó được minh họa chi tiết hơn ở phía bên phải của hình ảnh.Nó cho thấy rằng toàn bộ mạch hoàn chỉnh bao gồm hai mạch hiện tại riêng biệt.

Cũng có thể thấy rằng bên trong pin, ngay cả khi tắt tải mạch ngoài, các hạt tích điện vẫn di chuyển (dòng điện tự phóng điện) và do đó tiêu thụ kim loại không cần thiết xảy ra ở cực âm. Năng lượng của pin, do điện trở trong, được sử dụng để làm nóng và tiêu tán vào môi trường, và theo thời gian, nó sẽ biến mất.

Thực tiễn cho thấy rằng việc giảm điện trở trong r bằng các phương pháp xây dựng là không hợp lý về mặt kinh tế do chi phí của sản phẩm cuối cùng tăng mạnh và khả năng tự xả khá cao của nó.

kết luận

Để duy trì hiệu suất của pin, chỉ nên sử dụng pin đúng mục đích, kết nối mạch ngoài dành riêng cho thời gian hoạt động.

Điện trở của tải được kết nối càng cao thì tuổi thọ của pin càng dài. Do đó, đèn xenon có dây tóc nóng sáng với mức tiêu thụ dòng điện thấp hơn so với đèn chứa đầy nitơ có cùng quang thông đảm bảo tuổi thọ của nguồn năng lượng lâu hơn.

Khi lưu trữ các phần tử điện, dòng điện chạy qua giữa các tiếp điểm của mạch ngoài phải được loại trừ bằng cách ly đáng tin cậy.

Trong trường hợp điện trở mạch ngoài R của pin vượt quá đáng kể giá trị bên trong r, nó được coi là nguồn điện áp và khi mối quan hệ ngược lại được đáp ứng, nó là nguồn hiện tại.

Định luật Ohm được sử dụng như thế nào cho một mạch điện xoay chiều hoàn chỉnh

Hệ thống điện xoay chiều là phổ biến nhất trong ngành điện.Trong ngành này, chúng đạt được chiều dài khổng lồ bằng cách vận chuyển điện năng qua các đường dây điện.

Khi chiều dài của đường dây tải điện tăng lên, điện trở của nó tăng lên, điều này tạo ra sự nóng lên của dây dẫn và làm tăng tổn thất năng lượng trong quá trình truyền tải.

Kiến thức về định luật Ohm đã giúp các kỹ sư điện giảm chi phí vận chuyển điện năng không cần thiết. Để làm điều này, họ đã sử dụng phép tính thành phần tổn thất điện năng trong dây dẫn.

Tính toán dựa trên giá trị của công suất hoạt động được tạo ra P = E ∙ I, phải được chuyển một cách định tính đến người tiêu dùng ở xa và vượt qua tổng trở:

• nội r tại máy phát điện;

• R ngoài cùng của dây dẫn.

Độ lớn của EMF tại các cực của máy phát được xác định là E = I ∙ (r + R).

Tổn thất công suất Pp để khắc phục điện trở của mạch hoàn chỉnh sẽ được biểu thị bằng công thức trên hình.

Từ đó có thể thấy rằng mức tiêu thụ điện năng tăng tỷ lệ thuận với chiều dài / điện trở của dây dẫn và có thể giảm chúng trong quá trình vận chuyển điện năng bằng cách tăng EMF của máy phát hoặc điện áp đường dây. Phương pháp này được sử dụng bằng cách đưa các máy biến áp tăng áp vào mạch điện ở đầu máy phát của đường dây điện và các máy biến áp hạ áp ở điểm tiếp nhận của các trạm biến áp điện.

Tuy nhiên, phương pháp này có hạn chế:

• sự phức tạp của các thiết bị kỹ thuật để chống lại sự xuất hiện của phóng điện mạch vành;

• sự cần thiết phải tạo khoảng cách và cách ly các đường dây điện khỏi bề mặt trái đất;

• tăng năng lượng của bức xạ đường không khí trong không gian (xuất hiện hiệu ứng ăng ten).

Đặc điểm hoạt động của định luật Ôm trong mạch điện xoay chiều hình sin

Những người sử dụng hiện đại điện áp cao công nghiệp và điện ba pha / một pha trong nước không chỉ tạo ra các tải hoạt động mà còn cả tải phản ứng với các đặc tính cảm ứng hoặc điện dung rõ rệt. Chúng dẫn đến sự lệch pha giữa vectơ của điện áp đặt vào và cường độ dòng điện chạy trong mạch.

Trong trường hợp này, đối với ký hiệu toán học của dao động thời gian của sóng hài, hãy sử dụng dạng phức tạpvà đồ họa vector được sử dụng để biểu diễn không gian. Cường độ dòng điện truyền qua đường dây tải điện được ghi theo công thức: I = U/Z.

Ký hiệu toán học của các thành phần chính của định luật Ohm với các số phức cho phép lập trình các thuật toán của các thiết bị điện tử được sử dụng để điều khiển và quản lý các quá trình công nghệ phức tạp liên tục xảy ra trong hệ thống điện.

Cùng với số phức, dạng viết vi phân của tất cả các tỷ lệ được sử dụng. Nó thuận tiện cho việc phân tích các đặc tính dẫn điện của vật liệu.

Một số yếu tố kỹ thuật có thể vi phạm định luật Ohm đối với một mạch hoàn chỉnh. Chúng bao gồm:

• tần số dao động cao khi động lượng của các hạt mang điện bắt đầu ảnh hưởng. Họ không có thời gian để di chuyển với tốc độ thay đổi của trường điện từ;

• trạng thái siêu dẫn của một loại chất nhất định ở nhiệt độ thấp;

• tăng nhiệt của dây hiện tại bằng dòng điện. khi đặc tính dòng điện-điện áp mất đi đặc tính tuyến tính;

• phá hủy lớp cách điện do phóng điện cao áp;

• môi trường khí hoặc ống điện tử chân không;

• linh kiện và linh kiện bán dẫn.