Hukum Ohm untuk rantai lengkap dan untuk bahagian rantai: pilihan formula, penerangan dan penjelasan

Untuk litar tertutup

Litar tertutup bermaksud sambungan elektrik tertutup di mana arus beredar. Apabila terdapat satu siri wayar yang bersambung antara satu sama lain dan melengkapkan litar supaya saya berjalan dari satu hujung bulatan ke satu lagi, ia akan menjadi litar tertutup.

EMF (E) - dilambangkan dan diukur dalam volt dan merujuk kepada voltan yang dijana oleh bateri atau daya magnet mengikut undang-undang Faraday, yang menyatakan bahawa medan magnet yang berubah-ubah masa akan mendorong arus elektrik.

Kemudian: E = IR + Ir

E \u003d I (R + r)

I \u003d E / (R + r)

Di mana: r ialah rintangan sumber semasa.

Ungkapan ini dikenali sebagai hukum Ohm bagi litar gelung tertutup.

Rantaian heterogen

Bahagian berasingan dan litar elektrik lengkap

Hukum Ohm, seperti yang digunakan pada bahagian atau keseluruhan litar, boleh dipertimbangkan dalam dua pilihan pengiraan:

• Bahagian pendek yang berasingan. Ia adalah sebahagian daripada litar tanpa sumber EMF.
• Rantaian lengkap yang terdiri daripada satu atau lebih bahagian. Ini juga termasuk sumber EMF dengan rintangan dalamannya sendiri.

Pengiraan bahagian semasa litar elektrik

Dalam kes ini, formula asas I \u003d U / R digunakan, di mana I ialah kekuatan semasa, U ialah voltan, R ialah rintangan. Menurutnya, seseorang boleh merumuskan tafsiran undang-undang Ohm yang diterima umum:

Rumusan ini adalah asas untuk banyak formula lain yang dibentangkan pada apa yang dipanggil "chamomile" dalam reka bentuk grafik. Dalam sektor P - kuasa ditentukan, dalam sektor I, U dan R - tindakan yang berkaitan dengan kekuatan semasa, voltan dan rintangan dijalankan.

Setiap ungkapan - kedua-dua asas dan tambahan, membolehkan anda mengira parameter tepat unsur-unsur yang dimaksudkan untuk digunakan dalam litar.

Pakar yang bekerja dengan litar elektrik melakukan penentuan pantas mana-mana parameter menggunakan kaedah segi tiga yang ditunjukkan dalam rajah.

Pengiraan harus mengambil kira rintangan konduktor yang menyambungkan unsur-unsur bahagian. Oleh kerana ia diperbuat daripada bahan yang berbeza, parameter ini akan berbeza dalam setiap kes.Sekiranya perlu untuk membentuk litar lengkap, maka formula utama ditambah dengan parameter sumber voltan, sebagai contoh, bateri.

Pilihan pengiraan untuk rantaian lengkap

Litar lengkap terdiri daripada bahagian individu, digabungkan menjadi satu keseluruhan bersama-sama dengan sumber voltan (EMF). Oleh itu, rintangan sedia ada bahagian ditambah dengan rintangan dalaman sumber yang disambungkan. Oleh itu, tafsiran utama yang dibincangkan sebelum ini akan berbunyi seperti berikut: I = U / (R + r). Di sini, penunjuk rintangan (r) sumber EMF telah pun ditambah.

Dari sudut fizik tulen, penunjuk ini dianggap sebagai nilai yang sangat kecil. Walau bagaimanapun, dalam amalan, apabila mengira litar dan litar kompleks, pakar terpaksa mengambil kira, kerana rintangan tambahan menjejaskan ketepatan kerja. Di samping itu, struktur setiap sumber adalah sangat heterogen, akibatnya, rintangan dalam beberapa kes boleh dinyatakan dengan kadar yang agak tinggi.

Pengiraan di atas dilakukan berhubung dengan litar DC. Tindakan dan pengiraan dengan arus ulang alik dibuat mengikut skema yang berbeza.

Kesan undang-undang ke atas pembolehubah

Dengan arus ulang alik, rintangan litar akan menjadi impedans yang dipanggil, yang terdiri daripada rintangan aktif dan beban rintangan reaktif. Ini disebabkan oleh kehadiran unsur-unsur dengan sifat induktif dan nilai arus sinusoidal. Voltan juga merupakan pembolehubah, bertindak mengikut undang-undang pensuisannya sendiri.

Oleh itu, reka bentuk litar AC undang-undang Ohm dikira dengan mengambil kira kesan khusus: mendahului atau ketinggalan magnitud arus daripada voltan, serta kehadiran kuasa aktif dan reaktif.Sebaliknya, tindak balas termasuk komponen induktif atau kapasitif.

Semua fenomena ini akan sepadan dengan formula Z \u003d U / I atau Z \u003d R + J * (XL - XC), di mana Z ialah impedans; R - beban aktif; XL, XC - beban induktif dan kapasitif; J ialah faktor pembetulan.

Sumber EMF dalam litar lengkap

Untuk berlakunya arus elektrik dalam litar tertutup, litar ini mesti mengandungi sekurang-kurangnya satu elemen khas di mana kerja memindahkan cas antara kutubnya akan berlaku. Daya yang membawa cas di dalam elemen ini berbuat demikian terhadap medan elektrik, yang bermaksud bahawa sifatnya mestilah berbeza daripada elektrik. Oleh itu, kuasa sedemikian dipanggil pihak ketiga.

nasi. 1. Daya luar dalam fizik.

Unsur litar elektrik di mana daya luar berfungsi untuk memindahkan cas terhadap tindakan medan elektrik dipanggil sumber arus. Ciri utamanya ialah magnitud daya luar. Untuk mencirikannya, langkah khas diperkenalkan - Daya Elektromotif (EMF), ia dilambangkan dengan huruf $\mathscr{E}$.

Nilai EMF sumber semasa adalah sama dengan nisbah daya luaran untuk pemindahan caj kepada nilai caj ini:

$$\mathscr{E}={A_{st}\atas q}$$

Oleh kerana maksud EMF sangat hampir dengan maksud voltan elektrik (ingat, voltan ialah nisbah kerja yang dilakukan oleh medan elektrik yang membawa cas kepada nilai cas ini), maka EMF, seperti voltan, diukur dalam Volt:

$$1B={J\overCl}$$

Ciri elektrik kedua terpenting bagi sumber arus sebenar ialah rintangan dalamannya.Apabila cas dipindahkan antara terminal, ia berinteraksi dengan bahan sumber EMF, dan oleh itu, punca arus elektrik juga memberikan beberapa rintangan. Rintangan dalaman, seperti rintangan biasa, diukur dalam ohm, tetapi dilambangkan dengan huruf Latin kecil $r$.

nasi. 2. Contoh sumber semasa.

R - rintangan elektrik

Rintangan adalah timbal balik voltan dan boleh dibandingkan dengan kesan menggerakkan badan melawan pergerakan dalam air yang mengalir. Unit R ialah Om, yang dilambangkan dengan huruf besar Yunani Omega.

Timbal balik rintangan (1/R) dikenali sebagai kekonduksian, yang mengukur keupayaan objek untuk menjalankan cas, dinyatakan dalam unit Siemens.

Kuantiti bebas geometri yang digunakan dipanggil kerintangan dan biasanya dilambangkan dengan simbol Yunani r.

Maklumat tambahan. Undang-undang Ohm membantu untuk menubuhkan tiga penunjuk penting operasi rangkaian elektrik, yang memudahkan pengiraan kuasa. Ia tidak boleh digunakan untuk rangkaian satu sisi dengan elemen seperti diod, transistor dan seumpamanya. Dan juga ia tidak boleh digunakan untuk unsur-unsur bukan linear, yang mana thyristor adalah contoh, kerana nilai rintangan unsur-unsur ini berubah dengan voltan dan arus yang berbeza.

Pada frekuensi yang lebih tinggi, gelagat teragih menjadi dominan. Perkara yang sama berlaku dengan talian kuasa yang sangat panjang. Walaupun pada frekuensi serendah 60 Hz, talian penghantaran yang sangat panjang, seperti 30 km, mempunyai sifat teragih. Sebab utama ialah isyarat elektrik berkesan yang merambat dalam litar adalah gelombang elektromagnet, bukan volt dan ampere, yang dijangkiti oleh gelombang elektromagnet.Konduktor hanya bertindak sebagai panduan untuk gelombang. Jadi, sebagai contoh, kabel sepaksi akan menunjukkan Z = 75 ohm, walaupun rintangan DCnya boleh diabaikan.

Undang-undang Ohm ialah undang-undang asas kejuruteraan elektrik. Ia mempunyai sejumlah besar aplikasi praktikal dalam semua litar elektrik dan komponen elektronik.

Contoh yang paling biasa bagi penggunaan hukum Ohm:

1. Kuasa yang dibekalkan kepada pemanas elektrik. Memandangkan rintangan gegelung pemanas dan voltan yang dikenakan, kuasa yang dibekalkan kepada pemanas itu boleh dikira.
2. Pilihan fius. Ia adalah komponen perlindungan yang disambungkan secara bersiri dengan peranti elektronik. Fius/CB dinilai dalam amp. Kadar fius semasa dikira menggunakan hukum Ohm.
3. Reka bentuk peranti elektronik. Peranti elektronik seperti komputer riba dan telefon mudah alih memerlukan bekalan kuasa DC dengan penarafan semasa tertentu. Bateri telefon mudah alih biasa memerlukan 0.7-1A. Perintang digunakan untuk mengawal kadar arus yang mengalir melalui komponen ini. Hukum Ohm digunakan untuk mengira arus undian dalam litar biasa.

Pada satu masa, kesimpulan Ohm menjadi pemangkin untuk penyelidikan baru dalam bidang elektrik, dan hari ini mereka tidak kehilangan kepentingannya, kerana kejuruteraan elektrik moden didasarkan pada mereka. Pada tahun 1841, Om telah dianugerahkan penghormatan tertinggi Persatuan Diraja, Pingat Copley, dan istilah "Om" telah diiktiraf sebagai unit penentangan seawal tahun 1872.

Bahagian tidak seragam litar DC

Struktur heterogen mempunyai bahagian litar sedemikian, di mana, sebagai tambahan kepada konduktor dan elemen, terdapat sumber semasa. EMFnya mesti diambil kira semasa mengira jumlah kekuatan arus di kawasan ini.

Terdapat formula yang mentakrifkan parameter dan proses utama tapak heterogen: q = q0 x n x V. Penunjuknya dicirikan seperti berikut:

• Dalam proses menggerakkan caj (q), mereka memperoleh ketumpatan tertentu. Prestasinya bergantung pada kekuatan semasa dan luas keratan rentas konduktor (S).
• Di bawah keadaan kepekatan tertentu (n), adalah mungkin untuk menunjukkan dengan tepat bilangan cas unit (q0) yang telah dialihkan dalam satu tempoh masa.
• Untuk pengiraan, konduktor secara bersyarat dianggap sebagai bahagian silinder dengan beberapa isipadu (V).

Apabila menyambungkan konduktor ke bateri, yang terakhir akan dinyahcas selepas beberapa ketika. Iaitu, pergerakan elektron secara beransur-ansur menjadi perlahan dan, pada akhirnya, berhenti sama sekali. Ini difasilitasi oleh kekisi molekul konduktor, yang menentang perlanggaran elektron antara satu sama lain dan faktor lain. Untuk mengatasi rintangan sedemikian, kuasa pihak ketiga tertentu mesti digunakan tambahan.

Semasa pengiraan, daya ini ditambah kepada daya Coulomb. Di samping itu, untuk memindahkan caj unit q dari titik pertama ke titik ke-2, kerja A1-2 atau ringkasnya A12 perlu dilakukan. Untuk tujuan ini, beza keupayaan (ϕ1 - ϕ2) dicipta. Di bawah tindakan sumber arus terus, EMF timbul, menggerakkan cas sepanjang litar. Magnitud jumlah tegasan akan terdiri daripada semua daya yang dinyatakan di atas.

Kekutuban sambungan kepada bekalan DC mesti diambil kira dalam pengiraan. Apabila terminal ditukar, EMF juga akan berubah, mempercepatkan atau memperlahankan pergerakan cas.

Sambungan bersiri dan selari bagi elemen

Untuk elemen litar elektrik (bahagian litar), momen ciri ialah sambungan siri atau selari.

Sehubungan itu, setiap jenis sambungan disertakan dengan sifat aliran arus dan bekalan voltan yang berbeza. Pada akaun ini, hukum Ohm juga digunakan dalam cara yang berbeza, bergantung pada pilihan untuk memasukkan unsur.

Rangkaian elemen rintangan bersambung siri

Berkenaan dengan sambungan siri (bahagian litar dengan dua komponen), perkataan digunakan:

• saya = saya₁ = saya₂ ;
• U = U₁ + U₂ ;
• R=R₁ + R₂

Rumusan ini jelas menunjukkan bahawa, tanpa mengira bilangan komponen rintangan yang disambungkan secara bersiri, arus yang mengalir dalam bahagian litar tidak mengubah nilai.

Menyambung elemen perintang dalam bahagian litar secara bersiri antara satu sama lain. Pilihan ini mempunyai undang-undang pengiraan sendiri. Dalam rajah: I, I1, I2 - aliran semasa; R1, R2 - unsur rintangan; U, U1, U2 - voltan terpakai

Jumlah voltan yang digunakan pada komponen perintang aktif litar ialah jumlah dan ditambah kepada nilai sumber EMF.

Dalam kes ini, voltan pada setiap komponen individu ialah: Ux = I * Rx.

Jumlah rintangan harus dianggap sebagai jumlah nilai semua komponen rintangan litar.

Rantaian unsur rintangan bersambung selari

Dalam kes apabila terdapat sambungan selari komponen rintangan, rumusan dianggap adil berkenaan dengan undang-undang ahli fizik Jerman Ohm:

• saya = saya₁ + saya₂ … ;
• U = U₁ = U₂ … ;
• 1/R = 1/R₁ + 1 / R₂ + …

Pilihan untuk menyusun bahagian litar jenis "bercampur" tidak dikecualikan apabila sambungan selari dan bersiri digunakan.

Sambungan elemen perintang dalam bahagian litar selari antara satu sama lain. Untuk pilihan ini, undang-undang pengiraannya sendiri digunakan. Dalam rajah: I, I1, I2 - aliran semasa; R1, R2 - unsur rintangan; U - voltan yang digunakan; A, B - titik masuk / keluar

Untuk pilihan sedemikian, pengiraan biasanya dilakukan dengan pengiraan awal penarafan rintangan sambungan selari. Kemudian nilai perintang yang disambungkan secara bersiri ditambah kepada hasilnya.

Bentuk undang-undang integral dan pembezaan

Semua titik di atas dengan pengiraan adalah terpakai kepada keadaan apabila konduktor struktur "homogen", boleh dikatakan, digunakan sebagai sebahagian daripada litar elektrik.

Sementara itu, dalam amalan, seseorang sering perlu berurusan dengan pembinaan skema, di mana struktur konduktor berubah di kawasan yang berbeza. Sebagai contoh, wayar keratan rentas yang lebih besar digunakan atau, sebaliknya, yang lebih kecil, dibuat berdasarkan bahan yang berbeza.

Untuk mengambil kira perbezaan tersebut, terdapat variasi apa yang dipanggil "hukum Ohm pembezaan-integral". Untuk konduktor yang sangat kecil, tahap ketumpatan semasa dikira bergantung pada keamatan dan nilai kekonduksian.

Di bawah pengiraan pembezaan, formula diambil: J = ό * E

Untuk pengiraan kamiran, rumusan: I * R = φ1 - φ2 + έ

Walau bagaimanapun, contoh-contoh ini agak lebih dekat dengan sekolah matematik yang lebih tinggi dan sebenarnya tidak digunakan dalam amalan sebenar juruelektrik mudah.

Memahami arus dan rintangan

Mari kita mulakan dengan konsep arus elektrik. Ringkasnya, arus elektrik berhubung dengan logam ialah pergerakan elektron yang diarahkan - zarah bercas negatif. Mereka biasanya diwakili sebagai bulatan kecil.Dalam keadaan tenang, mereka bergerak secara rawak, sentiasa menukar arah mereka. Di bawah keadaan tertentu - rupa beza potensi - zarah ini memulakan pergerakan tertentu ke arah tertentu. Pergerakan ini ialah arus elektrik.

Untuk menjadikannya lebih jelas, kita boleh membandingkan elektron dengan air yang tertumpah pada beberapa satah. Selagi kapal terbang tidak bergerak, air tidak bergerak. Tetapi, sebaik sahaja cerun muncul (perbezaan potensi timbul), air mula bergerak. Begitu juga dengan elektron.

Ini adalah bagaimana arus elektrik boleh dibayangkan

Sekarang kita perlu memahami apakah rintangan dan mengapa mereka mempunyai maklum balas dengan kekuatan semasa: semakin tinggi rintangan, semakin rendah arus. Seperti yang anda ketahui, elektron bergerak melalui konduktor. Biasanya ini adalah wayar logam, kerana logam mempunyai keupayaan yang baik untuk mengalirkan elektrik. Kita tahu bahawa logam itu mempunyai kekisi kristal padat: banyak zarah yang rapat dan saling berkaitan. Elektron, membuat jalan mereka di antara atom logam, berlanggar dengan mereka, yang menyukarkan mereka untuk bergerak. Ini membantu untuk menggambarkan rintangan yang dikenakan oleh konduktor. Kini menjadi jelas mengapa semakin tinggi rintangan, semakin rendah kekuatan semasa - semakin banyak zarah, semakin sukar bagi elektron untuk mengatasi laluan, mereka melakukannya dengan lebih perlahan. Ini nampaknya telah diselesaikan.

Jika anda mempunyai keinginan untuk menguji pergantungan ini secara empirik, cari perintang berubah-ubah, sambungkan secara bersiri perintang - ammeter - sumber semasa (bateri). Ia juga wajar untuk memasukkan suis ke dalam litar - suis togol biasa.

Litar untuk menguji pergantungan arus pada rintangan

Memusing tombol perintang menukar rintangan.Pada masa yang sama, bacaan pada ammeter, yang mengukur kekuatan semasa, juga berubah. Lebih-lebih lagi, semakin besar rintangan, semakin sedikit anak panah menyimpang - semakin kurang arus. Semakin rendah rintangan, semakin banyak anak panah menyimpang - arus lebih besar.

Kebergantungan arus pada rintangan adalah hampir linear, iaitu, ia dicerminkan pada graf sebagai garis hampir lurus. Kenapa hampir - ini harus dibincangkan secara berasingan, tetapi itu cerita lain.

Hukum Ohm untuk arus ulang alik

Apabila mengira litar AC, bukannya konsep rintangan, konsep "impedans" diperkenalkan. Impedans dilambangkan dengan huruf Z, ia termasuk rintangan aktif beban R_a dan reaktans X (atau R_r). Ini disebabkan oleh bentuk arus sinusoidal (dan arus sebarang bentuk lain) dan parameter unsur induktif, serta undang-undang pensuisan:

1. Arus dalam litar induktif tidak boleh berubah serta-merta.
2. Voltan dalam litar dengan kapasiti tidak boleh berubah serta-merta.

Oleh itu, arus mula ketinggalan atau mendahului voltan, dan kuasa ketara dibahagikan kepada aktif dan reaktif.

U=I/Z

X_L dan X_C ialah komponen reaktif bagi beban.

Dalam hal ini, nilai cosФ diperkenalkan:

Di sini - Q - kuasa reaktif disebabkan oleh arus ulang alik dan komponen kapasitif induktif, P - kuasa aktif (terlesap dalam komponen aktif), S - kuasa ketara, cosФ - faktor kuasa.

Anda mungkin perasan bahawa formula dan perwakilannya bersilang dengan teorem Pythagoras. Ini adalah benar dan sudut Ф bergantung pada berapa besar komponen reaktif beban - semakin besar, semakin besar. Dalam amalan, ini membawa kepada fakta bahawa arus sebenarnya mengalir dalam rangkaian adalah lebih besar daripada yang diambil kira oleh meter isi rumah, manakala perusahaan membayar untuk kuasa penuh.

Dalam kes ini, rintangan dibentangkan dalam bentuk yang kompleks:

Di sini j ialah unit khayalan, yang tipikal untuk bentuk kompleks persamaan. Kurang biasa dirujuk sebagai i, tetapi dalam kejuruteraan elektrik, nilai berkesan arus ulang-alik juga dilambangkan, oleh itu, agar tidak keliru, lebih baik menggunakan j.

Unit khayalan ialah √-1. Adalah logik bahawa tidak ada nombor sedemikian semasa menduakan, yang boleh menghasilkan keputusan negatif "-1".

Apabila berlaku hukum Ohm

Mewujudkan keadaan yang ideal bukanlah mudah. Walaupun dalam konduktor tulen, rintangan elektrik berbeza mengikut suhu. Penurunannya meminimumkan aktiviti molekul kekisi kristal, yang memudahkan pergerakan cas percuma. Pada tahap "pembekuan" tertentu kesan superkonduktiviti berlaku. Kesan sebaliknya (kemerosotan kekonduksian) diperhatikan apabila dipanaskan.

Pada masa yang sama, elektrolit, logam dan jenis seramik tertentu mengekalkan rintangan elektrik tanpa mengira ketumpatan arus. Kestabilan parameter sambil mengekalkan rejim suhu tertentu memungkinkan untuk menggunakan formula hukum Ohm tanpa pembetulan tambahan.

Bahan semikonduktor dan gas dicirikan oleh rintangan elektrik yang berbeza-beza. Parameter ini dipengaruhi dengan ketara oleh keamatan semasa dalam isipadu kawalan. Untuk mengira ciri prestasi, kaedah pengiraan khusus mesti digunakan.

Jika arus ulang alik dipertimbangkan, kaedah pengiraan dibetulkan. Dalam kes ini, kehadiran komponen reaktif perlu diambil kira. Dengan sifat rintangan rintangan, adalah mungkin untuk menggunakan teknologi pengiraan yang dipertimbangkan berdasarkan formula undang-undang Ohm.

undang-undang Kirchhoff.

Pengagihan
arus dalam cawangan litar elektrik
mematuhi undang-undang pertama Kirchhoff,
dan pengagihan tegasan ke atas bahagian
rantai mematuhi undang-undang kedua Kirchhoff.

undang-undang Kirchhoff
bersama-sama dengan hukum Ohm adalah yang utama
dalam teori litar elektrik.

Yang pertama
Hukum Kirchhoff:

Algebra
jumlah arus dalam nod ialah sifar:

_i
= 0 (19)

di mana
i
ialah bilangan cawangan yang menumpu pada nod tertentu.

Iaitu, penjumlahan
memanjang ke arus di dahan,
yang bertumpu dalam dipertimbangkan
nod.

Rajah 17. Ilustrasi
kepada undang-undang pertama Kirchhoff.

Nombor
persamaan disusun mengikut yang pertama
Hukum Kirchhoff ditentukan oleh formula:

Nup
= Nu
– 1,

di mana
Nu
ialah bilangan nod dalam rantai yang dipertimbangkan.

Tanda-tanda arus masuk
persamaan diambil kira yang dipilih
arah yang positif. Tanda-tanda di
arus adalah sama jika arusnya sama
berorientasikan relatif kepada ini
nod.

Sebagai contoh,
untuk nod yang ditunjukkan dalam Rajah 17:
kami memberikan tanda kepada arus yang mengalir ke nod
"+", dan kepada arus yang mengalir dari nod - tanda
«-».

Kemudian persamaan
mengikut undang-undang pertama Kirchhoff, ia akan ditulis
Jadi:

saya₁
- saya₂
+ saya₃
- saya₄
= 0.

persamaan,
disusun mengikut undang-undang pertama Kirchhoff,
dipanggil nod.

ini
undang-undang menyatakan fakta bahawa dalam nod
cas elektrik tidak terkumpul
dan tidak dimakan. Jumlah elektrik
caj yang datang ke tapak adalah sama dengan jumlah
caj meninggalkan nod dalam satu dan sama
jangka masa yang sama.

Kedua
Hukum Kirchhoff:

Algebra
jumlah emf dalam mana-mana litar tertutup
rantai adalah sama dengan jumlah algebra bagi jatuhan
voltan pada elemen litar ini:

Ui
= 
Ei

IiRi=Ei(20)

di mana
i
- nombor elemen (rintangan atau
punca voltan) dalam dipertimbangkan
kontur.

**Nombor
persamaan disusun mengikut kedua
Hukum Kirchhoff ditentukan oleh formula:

Nup
= Nb
- Nu
+ 1 – Ned.s.

di mana
Nb
- bilangan cawangan litar elektrik;

Nu
— bilangan nod;

Ned.s.
ialah bilangan sumber emf yang ideal.

Rajah 18. Ilustrasi
kepada undang-undang kedua Kirchhoff.

Untuk,
untuk menulis hukum kedua dengan betul
Kirchhoff untuk kontur tertentu, berikut
mematuhi peraturan berikut:

1. sewenang-wenangnya
   pilih arah pintasan kontur,
   contohnya, mengikut arah jam (Gamb. 18).

2. emf
   dan penurunan voltan yang sepadan
   dalam arah dengan arah yang dipilih
   pintasan ditulis dalam ungkapan dengan
   tanda "+"; jika e.f.s. dan penurunan voltan
   tidak padan arah
   kontur, maka mereka didahului oleh tanda
   «-».

Sebagai contoh,
untuk kontur Rajah 18, hukum kedua Kirchhoff
akan ditulis seperti berikut:

U₁
– U₂
+ U₃
=E₁
– E₃
– E₄
(21)

Persamaan (20) boleh
tulis semula sebagai:

 (Ui
– Ei)
= 0 (22)

di mana
(U
– E)
- ketegangan pada cawangan.

Akibatnya,
Hukum kedua Kirchhoff boleh dirumuskan
dengan cara berikut:

Algebra
jumlah voltan pada cawangan dalam sebarang
gelung tertutup adalah sifar.

Potensi
rajah yang dibincangkan sebelum ini berfungsi
tafsiran grafik kedua
undang-undang Kirchhoff.

Tugas nombor 1.

AT
litar dalam Rajah 1 diberi arus I₁
dan saya₃,
rintangan dan emf Tentukan arus
saya₄,
saya₅,
saya₆
; voltan antara titik a
dan b
jika saya₁
= 10mA,
saya₃
= -20 mA,
R₄
= 5kOhm,
E₅
= 20B,
R₅
= 3kOhm,
E₆
= 40B,
R₆
= 2kOhm.

Rajah 1

Penyelesaian:

1. Untuk diberikan
   kontur, kita karang dua persamaan mengikut
   Undang-undang pertama Kirchhoff dan satu - mengikut
   kedua. Arah kontur
   ditunjukkan oleh anak panah.

AT
hasil daripada penyelesaian yang kita dapat: I₆
= 0; saya₄
= 10mA;
saya₅
= -10mA

1. bertanya
   arah voltan antara titik
   a
   dan b
   dari titik "a"
   untuk titik "b"
   - U_ab.
   Voltan ini boleh didapati daripada persamaan
   Hukum kedua Kirchhoff:

saya₄R₄
+ U_ab
+ saya₆R₆
= 0

U_ab
= - 50V.

Tugas nombor 2.

Untuk
rajah dalam Rajah 2 lukiskan persamaan mengikut
undang-undang Kirchhoff dan tentukan yang tidak diketahui
mata.

Diberi:
saya₁
= 20mA;
saya₂
= 10mA

R₁
= 5kOhm,
R₃
= 4kOhm,
R₄
= 6kOhm,
R₅
= 2kOhm,
R₆
= 4kΩ.

Rajah.2

Penyelesaian:

Bilangan nod
persamaan - 3, bilangan persamaan kontur
– 1.

Ingat!
Apabila menyusun persamaan mengikut kedua
Undang-undang Kirchhoff, kita memilih kontur, dalam
yang tidak termasuk sumber semasa.
Arah kontur ditunjukkan dalam rajah.

AT
litar ini, arus cawangan I₁
dan saya₂.
Tidak diketahui
arus
saya₃,
saya₄,
saya₅,
saya₆.

Memutuskan
sistem, kita dapat: I₃
= 13.75 mA;
saya₄
= -3.75mA;
saya₅
= 6.25mA;
saya₆
= 16.25mA.

Konsep asas

Arus elektrik mengalir apabila litar tertutup membenarkan elektron bergerak dari potensi tinggi kepada yang lebih rendah dalam litar. Dalam erti kata lain, arus memerlukan sumber elektron yang mempunyai tenaga untuk menggerakkannya, serta titik pengembalian cas negatif, yang dicirikan oleh kekurangannya. Sebagai fenomena fizikal, arus dalam litar dicirikan oleh tiga kuantiti asas:

• voltan;
• kekuatan semasa;
• rintangan konduktor yang melaluinya elektron bergerak.

Kekuatan dan ketegangan

Kekuatan semasa (I, diukur dalam Amperes) ialah isipadu elektron (cas) yang bergerak melalui suatu tempat dalam litar per unit masa. Dengan kata lain, ukuran I ialah penentuan bilangan elektron dalam gerakan

Adalah penting untuk memahami bahawa istilah ini hanya merujuk kepada pergerakan: cas statik, contohnya, pada terminal bateri yang tidak disambungkan, tidak mempunyai nilai yang boleh diukur I. Arus yang mengalir dalam satu arah dipanggil terus (DC), dan mengubah arah secara berkala dipanggil berselang-seli (AC). Voltan boleh digambarkan dengan fenomena seperti tekanan, atau sebagai perbezaan tenaga keupayaan objek di bawah pengaruh graviti

Untuk mewujudkan ketidakseimbangan ini, anda mesti terlebih dahulu mengeluarkan tenaga, yang akan direalisasikan dalam gerakan dalam keadaan yang sesuai. Sebagai contoh, dalam kejatuhan beban dari ketinggian, kerja dijalankan untuk mengangkatnya, dalam bateri galvanik, perbezaan potensi pada terminal terbentuk akibat penukaran tenaga kimia, dalam penjana - akibat pendedahan kepada medan elektromagnet

Tekanan boleh digambarkan dengan fenomena seperti tekanan, atau sebagai perbezaan tenaga keupayaan objek di bawah pengaruh graviti. Untuk mewujudkan ketidakseimbangan ini, anda mesti terlebih dahulu mengeluarkan tenaga, yang akan direalisasikan dalam gerakan dalam keadaan yang sesuai. Sebagai contoh, dalam kejatuhan beban dari ketinggian, kerja mengangkatnya direalisasikan, dalam bateri galvanik perbezaan potensi pada terminal terbentuk akibat penukaran tenaga kimia, dalam penjana - akibat pendedahan kepada medan elektromagnet.

Rintangan konduktor

Tidak kira betapa baiknya konduktor biasa, ia tidak akan membenarkan elektron melaluinya tanpa rintangan terhadap pergerakannya. Adalah mungkin untuk menganggap rintangan sebagai analog geseran mekanikal, walaupun perbandingan ini tidak akan sempurna.Apabila arus mengalir melalui konduktor, beberapa beza keupayaan ditukar kepada haba, jadi akan sentiasa ada penurunan voltan merentasi perintang. Pemanas elektrik, pengering rambut dan peranti lain yang serupa direka bentuk semata-mata untuk menghilangkan tenaga elektrik dalam bentuk haba.

Rintangan mudah (ditandakan sebagai R) ialah ukuran berapa banyak aliran elektron terencat dalam litar. Ia diukur dalam ohm. Kekonduksian perintang atau unsur lain ditentukan oleh dua sifat:

• geometri;
• bahan.

Bentuk adalah sangat penting, seperti yang dapat dilihat dari analogi hidraulik: menolak air melalui paip yang panjang dan sempit adalah lebih sukar daripada menolak air melalui paip yang pendek dan lebar. Bahan memainkan peranan yang menentukan. Sebagai contoh, elektron boleh bergerak bebas dalam wayar kuprum, tetapi tidak boleh mengalir sama sekali melalui penebat seperti getah, tanpa mengira bentuknya. Selain geometri dan bahan, terdapat faktor lain yang mempengaruhi kekonduksian.

Tafsiran hukum Ohm

Untuk memastikan pergerakan cas, anda perlu menutup litar. Sekiranya tiada kuasa tambahan, arus tidak boleh wujud untuk masa yang lama. Potensi akan cepat menjadi sama. Untuk mengekalkan mod pengendalian litar, sumber tambahan (penjana, bateri) diperlukan.

Litar lengkap akan mengandungi jumlah rintangan elektrik semua komponen. Untuk pengiraan yang tepat, kerugian dalam konduktor, elemen rintangan, dan sumber kuasa diambil kira.

Berapa banyak voltan yang perlu digunakan untuk kekuatan arus tertentu dikira dengan formula:

U=I*R.

Begitu juga, dengan bantuan hubungan yang dipertimbangkan, parameter litar lain ditentukan.

Sambungan selari dan bersiri

Dalam elektrik, elemen disambungkan sama ada secara bersiri - satu demi satu, atau selari - ini adalah apabila beberapa input disambungkan ke satu titik, dan output dari elemen yang sama disambungkan ke yang lain.

Hukum Ohm untuk sambungan selari dan siri

sambungan bersiri

Bagaimanakah undang-undang Ohm berfungsi untuk kes-kes ini? Apabila disambung secara bersiri, arus yang mengalir melalui rantaian unsur akan sama. Voltan bahagian litar dengan unsur yang disambungkan secara bersiri dikira sebagai jumlah voltan dalam setiap bahagian. Bagaimana ini boleh dijelaskan? Aliran arus melalui unsur ialah pemindahan sebahagian cas dari satu bahagian ke bahagian yang lain. Maksud saya, ia adalah beberapa kerja. Magnitud kerja ini adalah ketegangan. Ini adalah makna fizikal tekanan. Jika ini jelas, kita teruskan.

Sambungan bersiri dan parameter bahagian litar ini

Apabila disambungkan secara bersiri, adalah perlu untuk memindahkan cas secara bergilir-gilir melalui setiap elemen. Dan pada setiap elemen, ini adalah "isipadu" kerja tertentu. Dan untuk mencari jumlah kerja pada keseluruhan bahagian rantai, anda perlu menambah kerja pada setiap elemen. Jadi ternyata jumlah voltan ialah jumlah voltan pada setiap elemen.

Dengan cara yang sama - dengan bantuan penambahan - jumlah rintangan bahagian litar juga dijumpai. Bagaimana anda boleh membayangkannya? Arus yang mengalir melalui rantaian unsur secara berurutan mengatasi semua rintangan. Satu demi satu. Iaitu, untuk mencari rintangan yang diatasinya, adalah perlu untuk menambah rintangan. Lebih kurang macam ni. Derivasi matematik adalah lebih rumit, dan lebih mudah untuk memahami mekanisme undang-undang ini.

Sambungan selari

Sambungan selari ialah apabila permulaan konduktor / elemen menumpu pada satu titik, dan pada satu lagi hujungnya disambungkan. Kami akan cuba menerangkan undang-undang yang sah untuk sebatian jenis ini. Mari kita mulakan dengan semasa. Arus beberapa magnitud dibekalkan ke titik sambungan unsur-unsur. Ia memisahkan, mengalir melalui semua konduktor. Daripada ini kita membuat kesimpulan bahawa jumlah arus dalam bahagian adalah sama dengan jumlah arus dalam setiap unsur: I = I1 + I2 + I3.

Sekarang untuk voltan. Jika voltan adalah kerja untuk menggerakkan cas, maka kerja yang diperlukan untuk menggerakkan satu cas adalah sama pada mana-mana elemen. Iaitu, voltan pada setiap elemen yang disambungkan selari akan sama. U=U1=U2=U3. Tidak seseronok dan visual seperti dalam kes penjelasan hukum Ohm untuk bahagian rantai, tetapi anda boleh memahami.

Undang-undang untuk Sambungan Selari

Untuk rintangan, perkara menjadi lebih rumit. Mari kita perkenalkan konsep kekonduksian. Ini adalah ciri yang menunjukkan betapa mudah atau sukarnya caj melepasi konduktor ini. Adalah jelas bahawa semakin rendah rintangan, semakin mudah untuk arus mengalir. Oleh itu, kekonduksian - G - dikira sebagai timbal balik rintangan. Dalam formula, ia kelihatan seperti ini: G = 1/R.

Mengapa kita bercakap tentang kekonduksian? Kerana jumlah kekonduksian bahagian dengan sambungan selari unsur adalah sama dengan jumlah kekonduksian bagi setiap bahagian. G = G1 + G2 + G3 - mudah difahami. Betapa mudahnya arus akan mengatasi nod unsur selari ini bergantung pada kekonduksian setiap unsur. Jadi ternyata mereka perlu dilipat.

Sekarang kita boleh beralih kepada rintangan. Oleh kerana kekonduksian adalah timbal balik rintangan, kita boleh mendapatkan formula berikut: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3.

Apa yang memberi kita sambungan selari dan bersiri?

Pengetahuan teori adalah baik, tetapi bagaimana untuk menerapkannya dalam amalan? Unsur dari sebarang jenis boleh disambung secara selari dan bersiri. Tetapi kami hanya mempertimbangkan formula paling mudah yang menerangkan elemen linear. Unsur linear ialah rintangan, yang juga dipanggil "perintang". Jadi berikut ialah cara anda boleh menggunakan apa yang telah anda pelajari:

Jika tiada perintang bernilai besar tersedia, tetapi terdapat beberapa perintang yang lebih kecil, rintangan yang dikehendaki boleh diperolehi dengan menyambungkan beberapa perintang secara bersiri. Seperti yang anda lihat, ini adalah teknik yang berguna.
Untuk memanjangkan hayat bateri, ia boleh disambung secara selari. Voltan dalam kes ini, mengikut undang-undang Ohm, akan kekal sama (anda boleh pastikan dengan mengukur voltan dengan multimeter). Dan "seumur hidup" bateri dwi akan lebih lama daripada dua elemen yang akan menggantikan satu sama lain

Hanya ambil perhatian: hanya bekalan kuasa dengan potensi yang sama boleh disambungkan secara selari. Iaitu, bateri yang mati dan baru tidak boleh disambungkan.

Jika anda masih menyambung, bateri yang mempunyai cas yang lebih besar akan cenderung mengecas yang kurang dicas. Akibatnya, jumlah caj mereka akan turun kepada nilai yang rendah.

Secara umum, ini adalah kegunaan paling biasa untuk sebatian ini.

Sumber EMF yang ideal

Daya gerak elektrik (E) ialah kuantiti fizik yang menentukan tahap pengaruh daya luar terhadap pergerakan dalam litar tertutup pembawa cas. Dalam erti kata lain, seberapa kuat arus cenderung mengalir melalui konduktor akan bergantung kepada EMF.

Apabila menerangkan fenomena yang tidak dapat difahami seperti itu, guru sekolah domestik suka beralih kepada kaedah analogi hidraulik.Jika konduktor ialah paip, dan arus elektrik ialah jumlah air yang mengalir melaluinya, maka EMF ialah tekanan yang dihasilkan oleh pam untuk mengepam bendalir.

Istilah daya gerak elektrik berkaitan dengan konsep seperti voltan. Dia, EMF, juga diukur dalam volt (unit - "V"). Setiap sumber kuasa, sama ada bateri, penjana atau panel solar, mempunyai daya gerak elektriknya sendiri. Selalunya EMF ini hampir dengan voltan keluaran (U), tetapi sentiasa kurang sedikit daripadanya. Ini disebabkan oleh rintangan dalaman sumber, di mana bahagian voltan tidak dapat dielakkan jatuh.

Atas sebab ini, sumber EMF yang ideal adalah agak konsep abstrak atau model fizikal yang tidak mempunyai tempat di dunia nyata, kerana rintangan dalaman Rin bateri, walaupun sangat rendah, masih berbeza daripada sifar mutlak.

Sumber emf yang ideal dan sebenar

Dalam bentuk pembezaan

Formula ini sangat kerap dibentangkan dalam bentuk pembezaan, kerana konduktor biasanya tidak homogen dan perlu memecahkannya kepada bahagian terkecil yang mungkin. Arus yang melaluinya dikaitkan dengan magnitud dan arah, jadi ia dianggap sebagai kuantiti skalar. Bila-bila masa paduan arus melalui wayar ditemui, jumlah algebra bagi semua arus individu diambil. Oleh kerana peraturan ini hanya terpakai kepada kuantiti skalar, arus juga diambil sebagai kuantiti skalar. Adalah diketahui bahawa arus dI = jdS melalui bahagian tersebut. Voltan di atasnya ialah Edl, maka untuk wayar dengan keratan rentas malar dan panjang yang sama, nisbahnya adalah benar:

Bentuk pembezaan

Oleh itu, ungkapan arus dalam bentuk vektor ialah: j = E.

Penting! Dalam kes konduktor logam, kekonduksian berkurangan dengan peningkatan suhu, manakala bagi semikonduktor ia meningkat. Undang-undang Omov tidak menunjukkan perkadaran yang ketat

Rintangan sekumpulan besar logam dan aloi hilang pada suhu yang hampir kepada sifar mutlak, dan proses itu dipanggil superkonduktiviti.