Definícia všetkých Ohmových zákonov. Ohmov zákon – jednoduchšie to už byť nemôže

Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár

Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.

Uverejnené dňa http://www.allbest.ru/

MINISTERSTVO ŠKOLSTVA BIELORUSKEJ REPUBLIKY

Katedra prírodných vied

abstraktné

Ohmov zákon

Dokončené:

Ivanov M. A.

Úvod

1. Všeobecný pohľad na Ohmov zákon

2. História objavu Ohmovho zákona, stručný životopis vedca

3. Druhy Ohmových zákonov

4. Prvé štúdie odporu vodičov

5. Elektrické merania

Záver

Literatúra, iné zdroje informácií

Úvod

Fenomény súvisiace s elektrinou boli videné v starovekej Číne, Indii a starovekom Grécku niekoľko storočí pred začiatkom nášho letopočtu. Okolo roku 600 pred Kristom, ako hovoria dochované legendy, staroveký grécky filozof Thales z Milétu poznal vlastnosť jantáru natieraného na vlnu, aby priťahoval ľahké predmety. Mimochodom, slovo "elektrón" starí Gréci nazývali jantár. Od neho pochádza aj slovo „elektrina“. Ale Gréci len pozorovali javy elektriny, ale nedokázali to vysvetliť.

19. storočie bolo plné objavov súvisiacich s elektrinou. Jeden objav splodil celý reťazec objavov počas niekoľkých desaťročí. Elektrina z predmetu výskumu sa začala meniť na predmet spotreby. Začal sa široko zavádzať do rôznych oblastí výroby. Boli vynájdené a vytvorené elektromotory, generátory, telefón, telegraf, rádio. Začína sa zavádzanie elektriny do medicíny.

Napätie, prúd a odpor sú fyzikálne veličiny, ktoré charakterizujú javy vyskytujúce sa v elektrických obvodoch. Tieto množstvá spolu súvisia. Toto spojenie prvýkrát študoval nemecký fyzik 0m. Ohmov zákon bol objavený v roku 1826.

1. Všeobecný pohľad na Ohmov zákon

Ohmov zákon znie takto: Intenzita prúdu v sekcii obvodu je priamo úmerná napätiu v tejto sekcii (pre daný odpor) a nepriamo úmerná odporu sekcie (pre dané napätie): I \u003d U / R, vyplýva z vzorec, že ​​U \u003d IChR a R \u003d U / I. Keďže odpor daného vodiča nezávisí od napätia ani prúdu, posledný vzorec by sa mal čítať takto: odpor daného vodiča je rovnaký k pomeru napätia na jeho koncoch k sile prúdu, ktorý ním preteká. V elektrických obvodoch sú vodiče (spotrebitelia elektrickej energie) najčastejšie zapojené do série (napríklad žiarovky v girlandách na vianočný stromček) a paralelne (napríklad domáce elektrické spotrebiče).

Pri sériovom zapojení je sila prúdu v oboch vodičoch (žiarovkách) rovnaká: I \u003d I1 \u003d I2, napätie na koncoch uvažovanej časti obvodu je súčtom napätia na prvej a druhej žiarovke : U \u003d U1 + U2. Celkový odpor sekcie sa rovná súčtu odporov žiaroviek R \u003d R1 + R2.

Keď sú odpory zapojené paralelne, napätie na obvode a na koncoch odporov je rovnaké: U = U1 = U2. prúdová sila v nerozvetvenej časti obvodu sa rovná súčtu prúdových síl v jednotlivých odporoch: I \u003d I1 + I2. Celkový odpor sekcie je menší ako odpor každého odporu.

Ak sú odpory rezistorov rovnaké (R1 \u003d R2), potom celkový odpor sekcie. Ak sú v obvode paralelne zapojené tri alebo viac odporov, potom môže byť celkový odpor -

nájdené podľa vzorca: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/RN. Paralelne sú zapojené sieťové spotrebiče, ktoré sú navrhnuté na napätie rovnajúce sa sieťovému napätiu.

Ohmov zákon teda stanovuje vzťah medzi súčasnou silou ja vo vodiči a potenciálny rozdiel (napätie) U medzi dvoma pevnými bodmi (úsekmi) tohto vodiča:

Faktor proporcionality R, ktorý závisí od geometrických a elektrických vlastností vodiča a od teploty, sa nazýva ohmický odpor alebo jednoducho odpor daného úseku vodiča.

2. História objavu Ohmovho zákona, stručný životopis vedca

Georg Simon Ohm sa narodil 16. marca 1787 v Erlangene v rodine dedičného zámočníka. Po ukončení školy vstúpil George do mestskej telocvične. Gymnázium v ​​Erlangene bolo pod dohľadom univerzity. Hodiny na gymnáziu viedli štyria profesori. Georg po ukončení strednej školy začal na jar 1805 študovať matematiku, fyziku a filozofiu na Filozofickej fakulte Univerzity v Erlangene.

Po troch semestroch štúdia prijal pozvanie na miesto učiteľa matematiky v súkromnej škole vo švajčiarskom meste Gottstadt.

V roku 1811 sa vrátil do Erlangenu, vyštudoval univerzitu a získal titul Ph.D. Hneď po skončení vysokej školy mu ponúkli miesto privatdozenta katedry matematiky tej istej univerzity.

V roku 1812 bol Ohm vymenovaný za učiteľa matematiky a fyziky na bamberskej škole. V roku 1817 vydal svoju prvú tlačenú prácu o vyučovacích metódach „Najlepšia možnosť pre vyučovanie geometrie v prípravných triedach“. Ohm sa pustil do štúdia elektriny. Ohm založil svoj elektrický merací prístroj na návrhu Coulombovej torznej váhy. Výsledky svojho výskumu vydal Om vo forme článku s názvom „Predbežná správa k zákonu, podľa ktorého kovy vedú kontaktný elektrický prúd“. Článok bol publikovaný v roku 1825 v časopise Journal of Physics and Chemistry, ktorý vydal Schweigger. Ohmom nájdený a publikovaný výraz sa však ukázal ako nesprávny, čo bol jeden z dôvodov jeho dlhého neuznania. Po vykonaní všetkých preventívnych opatrení, po odstránení všetkých údajných zdrojov chýb, Ohm pristúpil k novým meraniam.

Objavuje sa jeho slávny článok „Definícia zákona, podľa ktorého kovy vedú kontaktnú elektrinu, spolu s náčrtom teórie voltaického aparátu a Schweiggerovho multiplikátora“, publikovaný v roku 1826 v Journal of Physics and Chemistry.

V máji 1827, "Theoretical Investigations of Electrical Circuits" na 245 stranách, ktoré obsahovali Ohmove teraz teoretické úvahy o elektrických obvodoch. V tejto práci vedec navrhol charakterizovať elektrické vlastnosti vodiča jeho odporom a zaviedol tento termín do vedeckého používania. Ohm našiel jednoduchší vzorec pre zákon úseku elektrického obvodu, ktorý neobsahuje EMF: „Veľkosť prúdu v galvanickom obvode je priamo úmerná súčtu všetkých napätí a nepriamo úmerná súčtu redukovaných dĺžok. V tomto prípade je celková redukovaná dĺžka definovaná ako súčet všetkých jednotlivých redukovaných dĺžok pre homogénne úseky s rôznou vodivosťou a rôznym prierezom“.

V roku 1829 sa objavil jeho článok „Experimentálna štúdia činnosti elektromagnetického multiplikátora“, v ktorom boli položené základy teórie elektrických meracích prístrojov. Ohm tu navrhol jednotku odporu, pre ktorú zvolil odpor medeného drôtu dlhého 1 stopu a s prierezom 1 štvorcovej čiary.

V roku 1830 sa objavila Ohmova nová štúdia „Pokus o vytvorenie približnej teórie unipolárnej vodivosti“. Až v roku 1841 bolo Ohmovo dielo preložené do angličtiny, v roku 1847 do taliančiny a v roku 1860 do francúzštiny.

16. februára 1833, sedem rokov po uverejnení článku, v ktorom bol uverejnený jeho objav, dostal Ohm ponuku na miesto profesora fyziky na novoorganizovanej norimberskej polytechnickej škole. Vedec začína výskum v oblasti akustiky. Ohm sformuloval výsledky svojho akustického výskumu vo forme zákona, ktorý sa neskôr stal známym ako Ohmov akustický zákon.

Pred všetkými zahraničnými vedcami uznali Ohmov zákon ruskí fyzici Lenz a Jacobi. Prispeli aj k jeho medzinárodnému uznaniu. Za účasti ruských fyzikov udelila 5. mája 1842 Kráľovská spoločnosť v Londýne Omovi zlatú medailu a zvolila ho za člena.

V roku 1845 bol zvolený za riadneho člena Bavorskej akadémie vied. V roku 1849 bol vedec pozvaný na univerzitu v Mníchove na miesto mimoriadneho profesora. V tom istom roku bol vymenovaný za kurátora Štátnej zbierky fyzikálnych a matematických prístrojov so simultánnymi prednáškami z fyziky a matematiky. V roku 1852 získal Om miesto riadneho profesora. Ohm zomrel 6. júla 1854. V roku 1881 na elektrickom kongrese v Paríži vedci jednomyseľne schválili názov jednotky odporu - 1 ohm.

3. Druhy Ohmových zákonov

Existuje niekoľko typov Ohmovho zákona.

Ohmov zákon pre homogénny úsek reťazca (bez zdroja prúdu): sila prúdu vo vodiči je priamo úmerná použitému napätiu a nepriamo úmerná odporu vodiča:

Ohmov zákon pre úplný obvod - sila prúdu v obvode je úmerná EMF pôsobiacemu v obvode a nepriamo úmerná súčtu odporov obvodu a vnútorného odporu zdroja.

kde I - sila prúdu

E - elektromotorická sila

R je vonkajší odpor obvodu (t.j. odpor tohto obvodu

časť obvodu, ktorá je mimo zdroja EMF)

EMF - práca vonkajších síl (t.j. síl neelektrického pôvodu) na pohyb náboja v obvode, vztiahnuté na veľkosť tohto náboja.

Jednotky:

EMF - volty

Prúd - ampéry

Odpory (R a r) - ohmy

Aplikovaním základného zákona elektrického obvodu (Ohmov zákon) je možné vysvetliť mnohé prírodné javy, ktoré na prvý pohľad pôsobia záhadne a paradoxne. Každý napríklad vie, že akýkoľvek ľudský kontakt s elektrickými vodičmi pod napätím je smrteľný. Jediný dotyk na prerušený drôt vysokonapäťového vedenia môže zabiť človeka alebo zviera elektrickým prúdom. Zároveň však neustále vidíme, ako vtáky pokojne sedia na vysokonapäťových drôtoch a nič neohrozuje život týchto živých tvorov. Ako teda môžeme nájsť vysvetlenie tohto paradoxu?

A tento jav je vysvetlený celkom jednoducho, ak si predstavíme, že vták umiestnený na elektrickom drôte je jednou z častí elektrickej siete, odpor druhej výrazne prevyšuje odpor inej časti toho istého obvodu (t. j. malá medzera medzi nohami vtáka). V dôsledku toho bude sila elektrického prúdu pôsobiaceho na prvý úsek obvodu, teda na telo vtáka, preňho úplne bezpečná. Úplná bezpečnosť je jej však zaručená len pri kontakte s úsekom vysokonapäťového drôtu. Ale akonáhle sa vták sediaci na elektrickom vedení dotkne krídlom alebo zobákom drôtu alebo akéhokoľvek predmetu v blízkosti drôtu (napríklad telegrafného stĺpa), vták nevyhnutne zomrie. Koniec koncov, stĺp je priamo spojený so zemou a tok elektrických nábojov, ktoré prechádzajú do tela vtáka, je schopný ho okamžite zabiť a rýchlo sa pohybovať smerom k zemi. Žiaľ, z tohto dôvodu v mestách uhynie veľa vtákov.

Na ochranu vtákov pred škodlivými účinkami elektriny vyvinuli zahraniční vedci špeciálne zariadenia - bidlá pre vtáky, izolované od elektrického prúdu. Takéto zariadenia boli umiestnené na vysokonapäťových elektrických vedeniach. Vtáky sediace na izolovanom posede sa môžu bez ohrozenia života dotknúť zobákom, krídlami alebo chvostom drôtov, tyčí alebo konzol. Najväčšiu odolnosť má povrch hornej, takzvanej stratum corneum ľudskej kože. Odolnosť suchej a neporušenej pokožky môže dosiahnuť 40 000 - 100 000 ohmov. Rohovitá vrstva kože je veľmi malá, len 0,05 - 0,2 mm. a ľahko prerazí s napätím 250 V. V tomto prípade odpor stokrát klesá a klesá tým skôr, čím dlhšie prúd pôsobí na ľudské telo. Dramaticky až do 800 - 1000 Ohm sa odolnosť ľudského tela znižuje zvýšeným potením pokožky, prepracovaním, nervovým vzrušením, intoxikáciou. To vysvetľuje, že niekedy aj malé napätie môže spôsobiť úraz elektrickým prúdom. Ak je odpor ľudského tela napríklad 700 ohmov, potom bude nebezpečné napätie len 35 V. Preto napríklad elektrikári aj pri práci s napätím 36 V používajú izolačné ochranné prostriedky - gumené rukavice alebo náradie s izolovanými rukoväťami.

Ohmov zákon vyzerá tak jednoducho, že ťažkosti, ktoré bolo potrebné prekonať pri jeho stanovení, sú prehliadané a zabudnuté. Ohmov zákon nie je ľahké otestovať a nemožno ho brať ako zjavnú pravdu; v skutočnosti pre mnohé materiály nedrží.

Aké sú tieto ťažkosti? Nie je možné skontrolovať, čo dáva zmena počtu prvkov voltaického stĺpca určením prúdu s iným počtom prvkov?

Faktom je, že keď vezmeme iný počet prvkov, zmeníme celý reťazec, pretože prídavné prvky majú dodatočný odpor. Preto je potrebné nájsť spôsob, ako zmeniť napätie bez výmeny samotnej batérie. Okrem toho iný prúd ohrieva drôt na inú teplotu a tento efekt môže ovplyvniť aj silu prúdu. Ohm (1787-1854) prekonal tieto ťažkosti tým, že využil fenomén termoelektriky, ktorý objavil Seebeck (1770-1831) v roku 1822.

Ohm teda ukázal, že prúd je úmerný napätiu a nepriamo úmerný impedancii obvodu. Bol to jednoduchý výsledok pre zložitý experiment. Teda aspoň by sa nám to teraz malo zdať.

Ohmovi súčasníci, najmä jeho krajania, uvažovali inak: možno to bola jednoduchosť Ohmovho zákona, čo vzbudilo ich podozrenie. Om čelil ťažkostiam vo svojej služobnej kariére, zažil potrebu; Om bol obzvlášť utláčaný skutočnosťou, že jeho diela neboli uznané. Ku cti Veľkej Británie a najmä Kráľovskej spoločnosti treba povedať, že Ohmovej práci sa dostalo uznania, aké si zaslúži. Óm je jedným z tých veľkých mužov, ktorých mená sa často vyskytujú malými písmenami: názov „om“ dostal jednotka odporu.

4. Prvé štúdie odporu vodičov

Čo je to dirigent? Ide o čisto pasívnu súčasť elektrického obvodu, odpovedali prví výskumníci. Študovať to znamená jednoducho lámať si hlavu nad zbytočnými hádankami, pretože aktívnym prvkom je iba zdroj prúdu.

Tento pohľad na veci nám vysvetľuje, prečo sa vedci prinajmenšom do roku 1840 málo zaujímali o tých niekoľko prác, ktoré boli v tomto smere vykonané.

Takže na druhom kongrese talianskych vedcov, ktorý sa konal v Turíne v roku 1840 (prvý sa stretol v Pise v roku 1839 a dokonca nadobudol určitý politický význam), v rozprave o správe, ktorú predložil Marianini, De la Rive tvrdil, že vodivosť väčšiny kvapalín nie je absolútna, "ale skôr relatívna a mení sa podľa sily prúdu." Ale Ohmov zákon bol zverejnený 15 rokov predtým!

Jedným z mála vedcov, ktorí sa ako prví zaoberali problematikou vodivosti vodičov po vynáleze galvanometra, bol Stefano Marianini (1790-1866).

K svojmu objavu prišiel náhodou, študoval napätie batérií. Všimol si, že s nárastom počtu prvkov voltaického stĺpca sa elektromagnetický efekt na šípku výrazne nezvyšuje. To Marianiniho okamžite primälo k myšlienke, že každý voltaický prvok je prekážkou prechodu prúdu. Uskutočnil experimenty s pármi „aktívnych“ a „neaktívnych“ (t. j. pozostávajúcich z dvoch medených plátov oddelených mokrým tesnením) a empiricky našiel vzťah, v ktorom moderný čitateľ rozpoznáva špeciálny prípad Ohmovho zákona, keď odpor vonkajší okruh sa neberie do úvahy.pozornosť, ako to bolo v Marianiniho skúsenosti.

Georg Simon Ohm (1789--1854) uznal zásluhy Marianiniho, hoci jeho diela Ohmovi priamo nepomohli v jeho práci. Ohm sa pri svojom výskume inšpiroval prácou ("Analytická teória tepla", Paríž, 1822) Jeana-Baptista Fouriera (1768--1830) - jednou z najvýznamnejších vedeckých prác všetkých čias, ktorá si veľmi rýchlo získala slávu a ocenenie medzi matematikmi a fyzikmi tej doby. Ohm prišiel s myšlienkou, že mechanizmus „tepelného toku“, o ktorom hovorí Fourier, možno prirovnať k elektrickému prúdu vo vodiči. A tak ako vo Fourierovej teórii sa tepelný tok medzi dvoma telesami alebo medzi dvoma bodmi toho istého telesa vysvetľuje rozdielom teplôt, tak Ohm vysvetľuje rozdiel „elektroskopických síl“ v dvoch bodoch vodiča, výskyt el. prúd medzi nimi.

V súlade s touto analógiou začal Ohm svoje experimentálne štúdie stanovením relatívnych hodnôt vodivosti rôznych vodičov. Použitím metódy, ktorá sa dnes stala klasickou, zapojil do série medzi dva body obvodu tenké vodiče z rôznych materiálov rovnakého priemeru a zmenil ich dĺžku tak, aby sa získal určitý prúd. Prvé výsledky, ktoré sa mu dnes podarilo dosiahnuť, pôsobia pomerne skromne. Ohmov zákon elektrický galvanometer

Historici sú napríklad ohromení skutočnosťou, že podľa Ohmových meraní je striebro menej vodivé ako meď a zlato, a blahosklonne prijímajú vysvetlenie neskôr podané samotným Ohmom, podľa ktorého sa experiment uskutočnil so strieborným drôtom potiahnutým s vrstvou oleja, a to bolo zavádzajúce, pokiaľ ide o presnú hodnotu priemeru.

V tom čase bolo veľa zdrojov chýb pri pokusoch (nedostatočná čistota kovov, ťažkosti s kalibráciou drôtu, ťažkosti s presným meraním atď.). Najdôležitejším zdrojom chýb bola polarizácia batérií. Trvalé (chemické) prvky v tom čase ešte neboli známe, takže počas doby potrebnej na merania sa výrazne zmenila elektromotorická sila prvku. Práve tieto dôvody spôsobili chyby, ktoré viedli k tomu, že Ohm na základe svojich experimentov dospel k logaritmickému zákonu závislosti sily prúdu od odporu vodiča pripojeného medzi dva body v obvode. Po uverejnení prvého Ohmovho článku mu Poggendorf poradil, aby opustil chemické prvky a lepšie používal meď-bizmutový termočlánok, ktorý krátko predtým predstavil Seebeck.

Ohm poslúchol túto radu a svoje pokusy zopakoval zostavením inštalácie s termoelektrickou batériou, v ktorej vonkajšom obvode bolo sériovo zapojených osem medených drôtov rovnakého priemeru, ale rôznej dĺžky. Intenzitu prúdu meral pomocou akejsi torznej váhy, tvorenej magnetickou ihlou zavesenou na kovovom závite. Keď ju prúd rovnobežný s ihlou vychýlil, Om skrútil niť, na ktorej bola zavesená, až kým ihla nebola vo svojej obvyklej polohe;

prúdová sila bola považovaná za úmernú uhlu, pod ktorým bola niť skrútená. Ohm dospel k záveru, že výsledky experimentov uskutočnených s ôsmimi rôznymi drôtmi „možno veľmi dobre vyjadriť pomocou rovnice

kde X znamená intenzitu magnetického pôsobenia vodiča, ktorého dĺžka je x, a a a b sú konštanty v závislosti od budiacej sily a od odporu zvyšných častí obvodu.

Podmienky experimentu sa zmenili: odpory a termoelektrické páry boli nahradené, ale výsledky sa stále scvrkávali na vyššie uvedený vzorec, ktorý veľmi jednoducho prechádza do vzorca, ktorý poznáme, ak je X nahradené prúdovou silou, a elektromotorickou silou a b + x o celkový odpor obvodu.

Po získaní tohto vzorca ho Ohm používa na štúdium pôsobenia Schweiggerovho multiplikátora na vychýlenie ihly a na štúdium prúdu, ktorý prechádza vonkajším obvodom batérie článkov, v závislosti od toho, ako sú zapojené - v sérii alebo v paralelný. Týmto spôsobom vysvetľuje (ako sa to teraz robí v učebniciach), čo určuje vonkajší prúd batérie, predmet, ktorý bol pre prvých výskumníkov dosť nejasný. Ohm dúfal, že jeho experimentálna práca mu otvorí cestu na univerzitu, po ktorej tak túžil. Články však zostali nepovšimnuté. Potom opustil svoje učiteľské miesto na kolínskom gymnáziu a odišiel do Berlína, aby teoreticky pochopil získané výsledky. V roku 1827 v Berlíne vydal svoje hlavné dielo Die galvanische Kette, mathe-matisch bearbeitet (Matematicky navrhnutý galvanický obvod).

Táto teória, pri ktorej vývoji sa inšpiroval, ako sme už uviedli, analytickou teóriou Fourierovho tepla, zavádza pojmy a presné definície elektromotorickej sily alebo „elektroskopickej sily“, ako ju nazýva Ohm, elektrickej vodivosť (Starke der Leitung) a sila prúdu. Po vyjadrení zákona, ktorý odvodil, v diferenciálnej forme, ktorú dávajú moderní autori, ho Ohm zapisuje aj v konečných hodnotách pre špeciálne prípady špecifických elektrických obvodov, z ktorých je obzvlášť dôležitý termoelektrický obvod. Na základe toho formuluje známe zákony zmeny elektrického napätia pozdĺž obvodu.

No aj Ohmove teoretické štúdie zostali nepovšimnuté a ak o nich niekto písal, tak len preto, aby zosmiešnil „morbídnu fantáziu, ktorej jediným cieľom je znevažovať dôstojnosť prírody“. A až o desať rokov neskôr sa jeho brilantné dielo postupne začalo tešiť náležitému uznaniu: v r

V Nemecku ich ocenili Poggendorf a Fechner, v Rusku Lenz, v Anglicku Wheatstone, v Amerike Henry, v Taliansku Matteucci.

Súčasne s Ohmovými pokusmi uskutočnil A. Becquerel svoje pokusy vo Francúzsku a Barlow svoje pokusy v Anglicku. Experimenty prvého sú pozoruhodné najmä zavedením diferenciálneho galvanometra s dvojitým vinutím rámu a použitím „nulového“ spôsobu merania. Barlowove experimenty stoja za zmienku, pretože experimentálne potvrdili stálosť sily prúdu v celom obvode. Tento záver overil a rozšíril na vnútorný prúd batérie Fechner v roku 1831, zovšeobecnil v roku 1851 Rudolf Kohlrausch

(180E - 1858) na kvapalných vodičoch a potom ešte raz potvrdené dôkladnými pokusmi Gustava Nidmana (1826 - 1899).

5. Elektrické merania

Becquerel použil na porovnanie elektrických odporov diferenciálny galvanometer. Na základe svojich výskumov sformuloval známy zákon závislosti odporu vodiča od jeho dĺžky a prierezu. V týchto dielach Pouillet pokračoval a opísal ich v nasledujúcich vydaniach jeho slávneho Elements de

physique experimentale“ („Základy experimentálnej fyziky“), ktorého prvé vydanie vyšlo v roku 1827. Odpory boli stanovené porovnávacou metódou.

Už v roku 1825 Marianini ukázal, že vo vetviacich obvodoch sa elektrický prúd rozdeľuje na všetky vodiče bez ohľadu na to, z akého materiálu sú vyrobené, na rozdiel od tvrdenia Volta, ktorý veril, že ak jednu vetvu obvodu tvorí kovový vodič , a zvyšok je tekutý, potom musí všetok prúd prejsť cez kovový vodič. Arago a Pouille popularizovali Marianiniho pozorovania vo Francúzsku. Pouille, ktorý ešte nepoznal Ohmov zákon, použil v roku 1837 tieto pozorovania a Becquerelove zákony, aby ukázal, že vodivosť obvodu je ekvivalentná dvom

rozvetvených reťazcov sa rovná súčtu vodivosti oboch reťazcov. Touto prácou položil Pouille základ pre štúdium rozvetvených okruhov. Puyet pre nich stanovil niekoľko termínov,

ktoré sú stále živé a niektoré súkromné ​​zákony zovšeobecnil Kirchhoff v roku 1845 vo svojich slávnych „zásadách“ ..

Najväčší impulz pre elektrické merania a najmä merania odporu dali zvýšené potreby techniky a predovšetkým problémy, ktoré vznikli s nástupom elektrického telegrafu. Prvýkrát sa myšlienka využitia elektriny na prenos signálov na diaľku zrodila už v 18. storočí. Volta opísal projekt telegrafu a Ampère v roku 1820 navrhol použitie elektromagnetických javov na prenos signálov. Amperovu myšlienku prevzalo mnoho vedcov a technikov: v roku 1833 Gauss a Weber postavili v Göttingene najjednoduchšiu telegrafnú linku spájajúcu astronomické observatórium a fyzikálne laboratórium. Ale o praktickú aplikáciu telegrafu sa zaslúžil Američan Samuel Morse (1791-1872), ktorý mal v roku 1832 dobrý nápad vytvoriť telegrafnú abecedu pozostávajúcu iba z dvoch znakov. Po mnohých pokusoch sa Morsovi nakoniec podarilo v roku 1835 súkromne postaviť prvý hrubý model telegrafu na univerzite v New Yorku. V roku 1839 experiment

linka medzi Washingtonom a Baltimorem a v roku 1844 vznikla prvá americká spoločnosť organizovaná Morseom na komerčné využitie nového vynálezu. Bola to zároveň prvá praktická aplikácia výsledkov vedeckého výskumu v oblasti elektroenergetiky.

V Anglicku sa Charles Wheatstone (1802-1875), bývalý výrobca hudobných nástrojov, pustil do štúdia a zdokonaľovania telegrafu. Uvedomenie si dôležitosti

merania odporu, začal Wheatstone hľadať čo najjednoduchšie a najpresnejšie metódy takýchto meraní. Porovnávacia metóda, ktorá sa vtedy používala, ako sme videli, poskytla nespoľahlivé výsledky, hlavne kvôli nedostatku stabilných zdrojov energie. Už v roku 1840 Wheatstone našiel spôsob, ako merať odpor bez ohľadu na stálosť elektromotorickej sily a ukázal svoje zariadenie Jacobimu. Článok, v ktorom je toto zariadenie popísané a ktorý možno nazvať prvým dielom v oblasti elektrotechniky, sa však objavil až v roku 1843. Tento článok popisuje slávny „most“, vtedy pomenovaný po Wheatstoneovi. V skutočnosti bolo také zariadenie opísané -

ešte v roku 1833 Günther Christie a nezávisle v roku 1840 Marianini; obaja navrhli metódu anulovania, ale ich teoretické vysvetlenia, ktoré nebrali do úvahy Ohmov zákon, zanechali veľa želaní.

Na druhej strane Wheatstone bol obdivovateľom Ohma a veľmi dobre poznal jeho zákon, takže ním uvedená teória „Wheatstoneovho mosta“ sa nelíši od tej, ktorá sa teraz uvádza v učebniciach. Okrem toho Wheatstone, aby mohol rýchlo a pohodlne meniť odpor jednej strany mostíka na získanie nulovej sily prúdu v galvanometri, ktorý je súčasťou diagonálneho ramena mosta, navrhol tri typy reostatov (samotné slovo bolo ním navrhnutý podľa

analógia s „reoforom“, ktorý zaviedol Ampère, pri napodobňovaní ktorého Peclet zaviedol aj pojem „reometer“). Prvý typ reostatu s pohyblivou konzolou, ktorý sa používa dodnes, vytvoril Wheatstone analogicky s podobným zariadením, ktoré používal Jacobi v roku 1841. Druhý typ reostatu mal podobu dreveného valca, okolo ktorého bola časť z drôtu pripojeného k obvodu bol navinutý, ktorý sa ľahko prevíjal z dreveného valca.na bronz. Tretí typ reostatu bol podobný "odporovému boxu", ktorý Ernst

Werner Siemens (1816-1892), vedec a priemyselník, vylepšený a široko rozšírený v roku 1860. Wheatstoneov most umožnil merať elektromotorické sily a odpory.

Vytvorenie podvodného telegrafu, možno ešte viac ako leteckého telegrafu, si vyžiadalo vývoj metód elektrických meraní. Pokusy s podvodným telegrafom sa začali už v roku 1837 a jedným z prvých problémov, ktoré bolo potrebné vyriešiť, bolo určiť rýchlosť šírenia prúdu. Ešte v roku 1834 Wheatstone pomocou rotujúcich zrkadiel, ako sme už spomenuli v kap. 8, vykonal prvé merania tejto rýchlosti, ale jeho výsledky boli v rozpore s výsledkami Latimera Clarka a tie zase nezodpovedali neskorším štúdiám iných vedcov.

V roku 1855 William Thomson (ktorý sa neskôr stal lordom Kelvinom) vysvetlil dôvod všetkých týchto nezrovnalostí. Podľa Thomsona rýchlosť prúdu vo vodiči nemá jednoznačnú hodnotu. Tak ako rýchlosť šírenia tepla v tyči závisí od materiálu, tak aj rýchlosť prúdu vo vodiči závisí od súčinu jeho odporu a elektrickej kapacity. V nadväznosti na túto jeho teóriu, ktorá v "" jeho časoch

Thomson, ktorý bol podrobený tvrdej kritike, začal riešiť problémy spojené s podvodným telegrafom.

Prvý transatlantický kábel spájajúci Anglicko a Ameriku fungoval asi mesiac, ale potom sa zhoršil. Thomson vypočítal nový kábel, vykonal početné merania odporu a kapacity, vynašiel nové vysielacie zariadenia, z ktorých treba spomenúť astatický reflexný galvanometer, nahradený "sifónovým záznamníkom" jeho vlastného vynálezu. Nakoniec v roku 1866 bol nový transatlantický kábel úspešne uvedený do prevádzky. Vytvorenie tejto prvej veľkej elektrickej štruktúry sprevádzal vývoj systému jednotiek elektrických a magnetických meraní.

Základ elektromagnetickej metriky položil Carl Friedrich Gauss (1777-1855) vo svojom slávnom článku „Intensitas vis magneticae terrestris ad mensuram absolutam revocata“ („Veľkosť sily zemského magnetizmu v absolútnom vyjadrení“), publikovanom v roku 1832. Gauss poznamenal, že rôzne magnetické jednotky sú medzi sebou nekonzistentné

sám, aspoň z väčšej časti, a preto navrhol systém absolútnych jednotiek založený na troch základných jednotkách mechaniky: druhá (jednotka času), milimeter (jednotka dĺžky) a miligram (jednotka hmotnosť). Prostredníctvom nich vyjadril všetky ostatné fyzikálne jednotky a vynašiel množstvo meracích prístrojov, najmä magnetometer na meranie v absolútnych jednotkách zemského magnetizmu. V Gaussovej práci pokračoval Weber, ktorý zostrojil mnoho vlastných zariadení a zariadení, ktoré navrhol Gauss. Postupne, najmä vďaka práci Maxwella, vykonávanej v špeciálnej komisii pre merania vytvorenej Britskou asociáciou, ktorá vydávala výročné správy od roku 1861 do roku 1867, vznikla myšlienka vytvoriť jednotné systémy meraní, najmä systém elektromagnetických a elektrostatické opatrenia.

Úvahy o vytvorení takýchto absolútnych systémov jednotiek boli podrobne opísané v historickej správe z roku 1873 druhej komisie Britskej asociácie. Medzinárodný kongres, ktorý bol zvolaný v Paríži v roku 1881, po prvý raz stanovil medzinárodné merné jednotky, pričom každej z nich dal meno na počesť nejakého veľkého fyzika. Väčšina z týchto názvov je stále zachovaná: volt, ohm, ampér, joule atď

mnoho vzostupov a pádov v roku 1935 bol zavedený medzinárodný Georgiho systém alebo MKSQ, ktorý ako základné jednotky berie meter, kilogramovú hmotnosť, sekundu a ohm.

"Sústavy" jednotiek sú spojené s "dimenzionálnymi vzorcami", ktoré prvýkrát použil Fourier vo svojej analytickej teórii tepla (1822) a rozšíril Maxwell, ktorý zaviedol označenia používané v nich. Metrológia minulého storočia, založená na túžbe vysvetliť všetky javy pomocou mechanických modelov, prikladala veľký význam vzorcom rozmerov, v ktorých nechcela vidieť nič viac a nič menej ako kľúč k tajomstvám prírody. Zároveň bolo prednesených množstvo vyhlásení takmer dogmatického charakteru. Takže takmer povinnou dogmou bola požiadavka, že určite existujú tri základné veličiny. Ale koncom storočia si začali uvedomovať, že vzorce pre dimenzie sú čistou konvenciou, v dôsledku čoho začal záujem o teórie dimenzií postupne klesať.

Záver

Profesor fyziky na univerzite v Mníchove E. Lommel dobre hovoril o význame Ohmovho výskumu pri otvorení pamätníka vedcovi v roku 1895:

"Ohmov objav bol jasnou pochodňou, ktorá osvetlila oblasť elektriny, ktorá bola pred ním zahalená temnotou. Ohm ukázal jedinú správnu cestu cez nepreniknuteľný les nepochopiteľných faktov. Pozoruhodné úspechy vo vývoji elektrotechniky , ktorý sme s prekvapením sledovali v posledných desaťročiach, sa podarilo dosiahnuť len na základe objavu Om. Jedine on je schopný ovládnuť prírodné sily a ovládať ich, kto dokáže rozlúštiť prírodné zákony, vyrval Om z prírody tajomstvo, ktoré tak dlho skrývala a odovzdala ho do rúk jeho súčasníkov.

Zoznam použitých zdrojov

Dorfman Ya.G. Svetové dejiny fyziky. M., 1979 Om G. Definícia zákona, podľa ktorého kovy vedú kontaktný elektrický prúd. - V knihe: Klasici fyzikálnych vied. M., 1989

Encyklopédia Sto ľudí. Kto zmenil svet. Ohm.

Prochorov A.M. Fyzický encyklopedický slovník, M., 1983

Orir J. fyzika 2. M., 1981

Giancoli D. fyzika 2. M., 1989

http://www.portal-slovo.ru/

http://www.polarcom.ru/~vvtsv/s_doc9c.html)

Hostené na Allbest.ru

Podobné dokumenty

História objavu Isaaca Newtona o „Zákone univerzálnej gravitácie“, udalosti predchádzajúce tomuto objavu. Podstata a rozsah aplikácie práva. Formulácia Keplerovych zákonov a ich aplikácia na pohyb planét, ich prirodzených a umelých satelitov.

prezentácia, pridané 25.07.2010


Štúdium pohybu telesa pri pôsobení konštantnej sily. Rovnica harmonického oscilátora. Opis kmitania matematického kyvadla. Pohyb planét okolo Slnka. Riešenie diferenciálnej rovnice. Aplikácia Keplerovho zákona, druhého Newtonovho zákona.

abstrakt, pridaný 24.08.2015


História objavu zákona univerzálnej gravitácie. Johannes Kepler ako jeden z objaviteľov zákona o pohybe planét okolo Slnka. Podstata a vlastnosti Cavendishovho experimentu. Analýza teórie sily vzájomnej príťažlivosti. Hlavné hranice aplikovateľnosti zákona.

prezentácia, pridané 29.03.2011


Štúdium „Archimedovho zákona“, vykonávanie experimentov na určenie Archimedovej sily. Odvodenie vzorcov na zistenie hmotnosti vytlačenej tekutiny a výpočet hustoty. Aplikácia "Archimedovho zákona" pre kvapaliny a plyny. Metodické vypracovanie lekcie na túto tému.

zhrnutie lekcie, pridané 27.09.2010


Životopisné informácie o Newtonovi - veľkom anglickom fyzikovi, matematikovi a astronómovi, jeho diela. Výskum a objavy vedca, experimenty v optike a teórii farieb. Newtonovo prvé odvodenie rýchlosti zvuku v plyne na základe Boyle-Mariotteho zákona.

prezentácia, pridané 26.08.2015


Štúdium príčiny magnetickej anomálie. Metódy určovania horizontálnej zložky magnetického poľa Zeme. Aplikácia Biot-Savart-Laplaceovho zákona. Určenie dôvodu otočenia šípky po privedení napätia na cievku tangens-galvanometra.

kontrolné práce, doplnené 25.06.2015


Opis základných Newtonových zákonov. Charakteristika prvého zákona o zachovaní pokoja alebo rovnomerného pohybu tela s kompenzovaným pôsobením iných orgánov naň. Princípy zákona o zrýchlení telesa. Vlastnosti inerciálnych referenčných systémov.

prezentácia, pridané 16.12.2014


Keplerove zákony pohybu planét, ich stručný popis. História objavu zákona univerzálnej gravitácie I. Newtonom. Pokusy o vytvorenie modelu vesmíru. Pohyb telies pod vplyvom gravitácie. Gravitačné sily príťažlivosti. Umelé satelity Zeme.

abstrakt, pridaný 25.07.2010


Kontrola platnosti pomerov pre paralelné zapojenie odporov a prvého Kirchhoffovho zákona. Vlastnosti odporu prijímačov. Metóda výpočtu napätia a prúdu pre rôzne zapojenia. Podstata Ohmovho zákona pre lokalitu a pre celý okruh.

laboratórne práce, doplnené 12.01.2010


Základné interakcie v prírode. Interakcia elektrických nábojov. Vlastnosti elektrického náboja. Zákon zachovania elektrického náboja. Formulácia Coulombovho zákona. Vektorová forma a fyzikálny význam Coulombovho zákona. Princíp superpozície.

Aký je Ohmov zákon pre úplný obvod? Toto je vzorec, v ktorom je jasne viditeľný vzťah medzi hlavnými parametrami elektrického obvodu: prúd, napätie a odpor. Aby sme pochopili podstatu zákona, pochopme najprv niektoré pojmy.

Čo je elektrický obvod?

Elektrický obvod je dráha v elektrickom obvode, cez ktorú prúdia náboje (elektrické prvky, drôty a iné zariadenia). Jeho začiatkom je samozrejme napájanie. Pod vplyvom elektromagnetického poľa, fotonických javov alebo chemických procesov majú elektrické náboje tendenciu presúvať sa na opačnú svorku tohto zdroja energie.

Čo je elektrický prúd?

Usmernený pohyb nabitých častíc, keď sú vystavené elektrickému poľu alebo iným vonkajším silám, sa nazýva elektrický prúd. Jeho smer je určený smerom protónov (kladných nábojov). Prúd bude konštantný, ak sa jeho sila ani smer časom nezmenili.

História Ohmovho zákona

Pri vykonávaní experimentov s vodičom sa fyzikovi Georgovi Ohmovi podarilo zistiť, že sila prúdu je úmerná napätiu, ktoré sa aplikuje na jeho konce:

I / sim U alebo I = G / U,

kde G je elektrická vodivosť a hodnota R \u003d 1 / G je elektrický odpor vodiča. Tento objav objavil slávny nemecký fyzik v roku 1827.

Ohmove zákony

Pre úplný obvod bude definícia nasledovná: sila prúdu v elektrickom obvode sa rovná pomeru elektromotorickej sily (ďalej len EMF) zdroja k súčtu odporov:

I = E / (R + r),

kde R je odpor vonkajšieho obvodu a r je vnútorný odpor Pomerne často spôsobuje formulácia zákona ťažkosti, pretože nie každý pozná pojem EMF, jeho rozdiel od napätia, nie každý vie, čo znamená vnútorný odpor a odkiaľ pochádza. Na to sú potrebné vysvetlenia, pretože Ohmov zákon pre úplný obvod má hlboký význam.

Formuláciu zákona pre reťazovú časť možno nazvať transparentnou. Ide o to, že na jeho pochopenie nie sú potrebné žiadne ďalšie vysvetlenia: prúd v obvode je priamo úmerný napätiu a nepriamo úmerný odporu:

Význam

Ohmov zákon pre úplný obvod úzko súvisí so zákonom zachovania energie. Predpokladajme, že zdroj prúdu nemá vnútorný odpor. Čo by sa malo stať v tomto prípade? Ukazuje sa, že ak by neexistoval žiadny odpor, do vonkajšieho obvodu by sa dostal väčší prúd a výkon by bol väčší.

Teraz je čas zaoberať sa pojmom elektromotorická sila. Táto hodnota je rozdiel medzi elektrickými potenciálmi na svorkách zdroja, ale iba bez zaťaženia. Ako príklad si vezmime tlak vody vo vyvýšenej nádrži. Hladina vody zostane na mieste, kým sa nezačne spotrebovať. Keď sa kohútik otvorí, hladina kvapaliny sa zníži, pretože nedochádza k čerpaniu. Keď sa voda dostane do potrubia, zažije odpor, to isté sa stane s elektrickými nábojmi v drôte.

Pri absencii záťaže sú svorky v otvorenom stave, ukazuje sa, že EMF a napätie sú rovnaké. Ak napríklad rozsvietime žiarovku, obvod sa uzavrie a elektromotorická sila v ňom vytvorí napätie a vykoná užitočnú prácu. Časť energie sa rozptýli v dôsledku vnútorného odporu (to sa nazýva straty).

V prípade, že odpor spotrebiteľa je menší ako vnútorný, potom je zdroju prúdu pridelený väčší výkon. A potom dôjde k poklesu EMF vo vonkajšom okruhu a významná časť energie sa stratí na vnútornom odpore. Podstatou zákonov ochrany je, že príroda si nemôže viac brať, ako dáva.

Podstatu vnútorného odporu dobre poznajú obyvatelia Chruščova, ktorí majú v bytoch klimatizácie a staré rozvody nie sú vymenené. Elektromer sa točí zbesilou rýchlosťou, zásuvka a stena sa zahrievajú na tých miestach, kde prechádzajú staré hliníkové drôty, v dôsledku čoho klimatizácia ledva ochladzuje vzduch v miestnosti.

príroda r

"Full Ohm" (ako elektrikári zvyknú nazývať zákon) je zle pochopený, pretože vnútorný odpor zdroja spravidla nemá elektrický charakter. Pozrime sa na to na príklade soľnej batérie. Je známe, že elektrická batéria pozostáva z niekoľkých prvkov, ale budeme brať do úvahy iba jeden. Máme teda hotovú batériu Krona, ktorá sa skladá zo 7 sériovo zapojených prvkov.

Ako sa generuje prúd? Do nádoby s elektrolytom umiestnime uhlíkovú tyč v mangánovom obale, pozostávajúcom z kladných elektród alebo anód. Konkrétne v tomto príklade uhlíková tyč pôsobí ako zberač prúdu. Kovový zinok je záporné elektródy (katódy). Kupované batérie majú väčšinou gélový elektrolyt. Kvapalina sa používa veľmi zriedkavo. Zinkový pohár s elektrolytom a anódami pôsobí ako záporná elektróda.

Ukazuje sa, že tajomstvo batérie spočíva v tom, že elektrický potenciál mangánu nie je taký vysoký ako potenciál zinku. Preto sú elektróny priťahované ku katóde a tá zase odpudzuje kladne nabité ióny zinku smerom k anóde. V dôsledku toho sa katóda postupne spotrebuje. Možno každý vie, že ak sa vybitá batéria včas nevymení, môže vytiecť. S čím to súvisí? Všetko je veľmi jednoduché: elektrolyt začne prúdiť cez odpojené sklo.

Keď sa náboje pohybujú na uhlíkovej tyči, kladné náboje sa hromadia v mangánovom obale, zatiaľ čo záporné náboje sa hromadia na zinku. Preto sa nazývajú anóda a katóda, ale vo vnútri batérie vyzerajú inak. Rozdiel medzi nábojmi vytvorí elektromotorickú silu Náboje sa prestanú pohybovať v elektrolyte, keď sa potenciálny rozdiel materiálu elektródy rovná hodnote EMF a príťažlivé sily sa budú rovnať odpudivým silám.

Teraz zatvorme obvod: na to stačí pripojiť žiarovku k batérii. Prechodom cez umelý zdroj svetla sa náboje vrátia na svoje miesto ("dom") a žiarovka sa rozsvieti. Vo vnútri batérie sa opäť začne pohyb elektrónov a iónov, pretože náboje vyšli von a opäť sa objavila príťažlivá alebo odpudivá sila.

Batéria v skutočnosti generuje prúd, preto žiarovka svieti, deje sa to v dôsledku spotreby zinku, ktorý sa pri tomto procese mení na iné chemické zlúčeniny. Na extrakciu čistého zinku je podľa zákona o zachovaní energie potrebné minúť ho, ale nie v elektrickej forme (presne také množstvo, aké sa dostalo do žiarovky).

Teraz sa konečne môžeme zaoberať povahou vnútorného odporu zdroja. V batérii je to prekážka pohybu veľkých iónov. Pohyb elektrónov bez iónov je nemožný, pretože neexistuje žiadna príťažlivá sila.

V priemyselných generátoroch sa r objavuje nielen v dôsledku elektrického odporu vinutia, ale aj v dôsledku vonkajších príčin. Takže napríklad vo vodných elektrárňach závisí hodnota hodnoty od účinnosti turbíny, odporu prietoku vody v potrubí a tiež od strát v mechanickom prevode. Okrem toho má určitý vplyv teplota vody a jej zanášanie.

Striedavý prúd

Ohmov zákon sme už zvážili pre celý obvod pre jednosmerný prúd. Ako sa zmení vzorec so striedavým prúdom? Kým sa nazdáme, poďme si charakterizovať samotný pojem. Striedavý prúd je pohyb elektricky nabitých častíc, ktorých smer a hodnota sa v čase mení. Na rozdiel od konštanty je sprevádzaná ďalšími faktormi, ktoré spôsobujú vznik nového typu rezistencie (reaktívnej). Je charakteristický pre kondenzátory a tlmivky.

Ohmov zákon pre úplný obvod pre striedavý prúd je:

kde Z je komplexný odpor pozostávajúci z aktívneho a reaktívneho.

Nie všetko je také zlé

Ohmov zákon pre úplný obvod okrem indikácie energetických strát navrhuje aj spôsoby ich eliminácie. Bežní elektrikári zriedka používajú vzorec na nájdenie komplexného odporu, keď sú v obvode kapacity alebo indukčnosti. Vo väčšine prípadov sa prúd meria pomocou svoriek alebo špeciálneho testera. A keď je napätie známe, je ľahké vypočítať komplexný odpor (ak je to skutočne potrebné).

Georg Simon Ohm začal svoj výskum inšpirovaný slávnou prácou Jean-Baptiste Fouriera „Analytická teória tepla“. Fourier v tejto práci reprezentoval tepelný tok medzi dvoma bodmi ako teplotný rozdiel a zmenu tepelného toku spájal s jeho prechodom cez nepravidelne tvarovanú prekážku z tepelne izolačného materiálu. Podobne Ohm spôsobil výskyt elektrického prúdu rozdielom potenciálov.

Na základe toho začal Ohm experimentovať s rôznymi materiálmi vodičov. Aby zistil ich vodivosť, spojil ich do série a upravil ich dĺžku tak, aby sila prúdu bola vo všetkých prípadoch rovnaká.

Pre takéto merania bolo dôležité vybrať vodiče rovnakého priemeru. Ohm, meranie vodivosti striebra a zlata, získalo výsledky, ktoré podľa moderných údajov nie sú presné. Ohmov strieborný vodič teda viedol menej elektrického prúdu ako zlato. Sám Om to vysvetlil tým, že jeho strieborný vodič bol pokrytý olejom, a preto experiment zjavne neposkytol presné výsledky.

Nielen s tým však mali problémy fyzici, ktorí sa v tom čase zaoberali podobnými experimentmi s elektrinou. Veľké ťažkosti s extrakciou čistých materiálov bez nečistôt na experimenty, ťažkosti s kalibráciou priemeru vodiča skresľovali výsledky testu. Ešte väčším zádrhelom bolo, že sila prúdu sa počas testov neustále menila, keďže zdrojom prúdu boli premenlivé chemické prvky. Za takýchto podmienok Ohm odvodil logaritmickú závislosť prúdu od odporu drôtu.

O niečo neskôr nemecký fyzik Poggendorf, ktorý sa špecializoval na elektrochémiu, navrhol, aby Ohm nahradil chemické prvky bizmutovo-medeným termočlánkom. Om začal svoje experimenty znova. Tentoraz použil ako batériu termoelektrické zariadenie poháňané Seebeckovým efektom. K nej pripojil do série 8 medených vodičov rovnakého priemeru, ale rôznej dĺžky. Na meranie sily prúdu zavesil Ohm na vodiče magnetickú ihlu s kovovým závitom. Prúd tečúci rovnobežne s touto šípkou ju posunul nabok. Keď sa to stalo, fyzik krútil vlákno, kým sa šípka nevrátila do pôvodnej polohy. Na základe uhla, pod ktorým bola niť skrútená, bolo možné usudzovať na hodnotu sily prúdu.

V dôsledku nového experimentu Ohm dospel k vzorcu:

X \u003d a / b + l

Tu X je intenzita magnetického poľa drôtu, l- dĺžka drôtu, a je konštantná hodnota napätia zdroja, b je odporová konštanta zvyšku prvkov obvodu.

Ak sa obrátime na moderné výrazy na opis tohto vzorca, dostaneme to X- sila prúdu, a– EMP zdroja, b+l je celkový odpor obvodu.

Ohmov zákon pre časť obvodu

Ohmov zákon pre samostatnú časť obvodu hovorí: sila prúdu v časti obvodu sa zvyšuje so zvyšujúcim sa napätím a klesá so zvyšujúcim sa odporom tejto časti.

I=U/R

Na základe tohto vzorca môžeme rozhodnúť, že odpor vodiča závisí od rozdielu potenciálov. Z hľadiska matematiky je to správne, ale z hľadiska fyziky nepravdivé. Tento vzorec je použiteľný len na výpočet odporu v samostatnej časti obvodu.

Vzorec na výpočet odporu vodiča teda bude mať tvar:

R = p⋅l/s

Ohmov zákon pre úplný obvod

Rozdiel medzi Ohmovým zákonom pre úplný obvod a Ohmovým zákonom pre časť obvodu je v tom, že teraz musíme brať do úvahy dva typy odporu. Toto je "R" odpor všetkých komponentov systému a "r" vnútorný odpor zdroja elektromotorickej sily. Vzorec sa tak stáva:

I = U / R + r

Ohmov zákon pre striedavý prúd

Striedavý prúd sa líši od jednosmerného prúdu tým, že sa mení s určitými časovými obdobiami. Konkrétne mení svoj význam a smer. Aby sme tu mohli aplikovať Ohmov zákon, musíme vziať do úvahy, že odpor v obvode s jednosmerným prúdom sa môže líšiť od odporu v obvode so striedavým prúdom. A líši sa, ak sú v obvode použité komponenty s reaktanciou. Reaktancia môže byť indukčná (cievky, transformátory, tlmivky) a kapacitná (kondenzátor).

Pokúsme sa zistiť, aký je skutočný rozdiel medzi jalovým a aktívnym odporom v obvode striedavého prúdu. Už ste mali pochopiť, že hodnota napätia a prúdu v takomto obvode sa v priebehu času mení a zhruba povedané, má tvar vlny.

Ak schematicky znázorníme, ako sa tieto dve hodnoty menia v priebehu času, dostaneme sínusoidu. Napätie aj prúd stúpajú z nuly na maximálnu hodnotu, potom zostupne prechádzajú cez nulovú hodnotu a dosahujú maximálnu zápornú hodnotu. Potom opäť stúpajú cez nulu na maximálnu hodnotu a tak ďalej. Keď sa povie, že prúd alebo napätie má zápornú hodnotu, znamená to, že sa pohybujú opačným smerom.

Celý proces prebieha v pravidelných intervaloch. Bod, v ktorom hodnota napätia alebo prúdu z minimálnej hodnoty stúpajúcej k maximálnej hodnote prechádza nulou, sa nazýva fáza.

V skutočnosti je to len predslov. Vráťme sa k reaktívnemu a aktívnemu odporu. Rozdiel je v tom, že v obvode s aktívnym odporom sa fáza prúdu zhoduje s fázou napätia. To znamená, že hodnota prúdu aj hodnota napätia vrcholia v rovnakom smere v rovnakom čase. V tomto prípade sa náš vzorec na výpočet napätia, odporu alebo prúdu nemení.

Ak obvod obsahuje reaktanciu, fázy prúdu a napätia sú navzájom posunuté o ¼ periódy. To znamená, že keď prúd dosiahne svoju maximálnu hodnotu, napätie bude nulové a naopak. Keď sa použije indukčná reaktancia, napäťová fáza "predbehne" fázu prúdu. Keď sa použije kapacita, súčasná fáza "predbehne" fázu napätia.

Vzorec na výpočet poklesu napätia na indukčnej reaktancii je:

U = I ⋅ ωL

Kde L je indukčnosť reaktancie a ω je uhlová frekvencia (časová derivácia fázy kmitania).

Vzorec na výpočet poklesu napätia na kapacite je:

U = I / ω ⋅ С

OD- reaktančná kapacita.

Tieto dva vzorce sú špeciálnymi prípadmi Ohmovho zákona pre variabilné obvody.

Úplný bude vyzerať takto:

I=U/Z

Tu Z je impedancia variabilného obvodu, známa ako impedancia.

Veľkosť účinku, ktorý môže mať prúd na vodič, závisí od toho, či ide o tepelný, chemický alebo magnetický účinok prúdu. To znamená, že úpravou sily prúdu môžete ovládať jeho účinok. Elektrický prúd je zase usporiadaný pohyb častíc pod vplyvom elektrického poľa.

Závislosť prúdu a napätia

Je zrejmé, že čím silnejšie pole pôsobí na častice, tým väčší je prúd v obvode. Elektrické pole je charakterizované veličinou nazývanou napätie. Preto sme dospeli k záveru, že sila prúdu závisí od napätia.

V skutočnosti bolo možné empiricky stanoviť, že sila prúdu je priamo úmerná napätiu. V prípadoch, keď sa napätie v obvode zmenilo bez zmeny všetkých ostatných parametrov, sa prúd zvýšil alebo znížil o rovnakú hodnotu, ako sa zmenilo napätie.

Vzťah s odporom

Akýkoľvek obvod alebo časť obvodu sa však vyznačuje ďalšou dôležitou hodnotou nazývanou odpor voči elektrickému prúdu. Odpor je nepriamo úmerný prúdu. Ak sa zmení hodnota odporu v ktorejkoľvek časti obvodu bez zmeny napätia na koncoch tejto časti, zmení sa aj sila prúdu. Navyše, ak znížime hodnotu odporu, prúdová sila sa zvýši o rovnakú hodnotu. Naopak, so zvyšujúcim sa odporom prúd úmerne klesá.

Vzorec Ohmovho zákona pre úsek reťaze

Porovnaním týchto dvoch závislostí možno dospieť k rovnakému záveru, ku ktorému prišiel nemecký vedec Georg Ohm v roku 1827. Spojil tri vyššie uvedené fyzikálne veličiny a odvodil zákon, ktorý bol po ňom pomenovaný. Ohmov zákon pre časť obvodu znie:

Intenzita prúdu v časti obvodu je priamo úmerná napätiu na koncoch tejto časti a nepriamo úmerná jej odporu.

kde ja som súčasná sila,
U - napätie,
R je odpor.

Aplikácia Ohmovho zákona

Ohmov zákon je jedným z základné fyzikálne zákony. Jeho objav svojho času umožnil urobiť obrovský skok vo vede. Bez použitia Ohmovho zákona je v súčasnosti nemožné predstaviť si akýkoľvek najelementárnejší výpočet základných elektrických veličín pre akýkoľvek obvod. Myšlienka tohto zákona nie je údelom výlučne elektronických inžinierov, ale nevyhnutnou súčasťou základných vedomostí každého viac či menej vzdelaného človeka. Niet divu, že existuje príslovie: "Ak nepoznáš Ohmov zákon, zostaň doma."

U=IR a R=U/I

Je pravda, že v zostavenom obvode je hodnota odporu určitej časti obvodu konštantná, takže keď sa zmení sila prúdu, zmení sa iba napätie a naopak. Ak chcete zmeniť odpor časti obvodu, obvod sa musí znova zložiť. Výpočet požadovanej hodnoty odporu pri návrhu a montáži obvodu sa môže vykonať podľa Ohmovho zákona na základe odhadovaných hodnôt prúdu a napätia, ktoré budú prechádzať cez túto časť obvodu.

Pre elektrikára a elektrotechnika je jedným zo základných zákonov Ohmov zákon. Práca predstavuje pre odborníka každý deň nové výzvy a často je potrebné nájsť náhradu za vyhorený rezistor alebo skupinu prvkov. Elektrikár musí často meniť káble, aby si vybral ten správny, musíte „odhadnúť“ prúd v záťaži, takže v každodennom živote musíte používať najjednoduchšie fyzikálne zákony a vzťahy. Význam Ohmovho zákona v elektrotechnike je kolosálny, mimochodom väčšina téz elektrotechnických odborov je vypočítaná zo 70-90% podľa jedného vzorca.

Odkaz na históriu

Ohmov zákon objavil v roku 1826 nemecký vedec Georg Ohm. Empiricky určil a opísal zákon o pomere prúdu, napätia a druhu vodiča. Neskôr sa ukázalo, že tretia zložka nie je nič iné ako odpor. Následne bol tento zákon pomenovaný po objaviteľovi, ale záležitosť sa neobmedzovala len na zákon, jeho priezvisko bolo pomenované aj ako fyzikálna veličina, ako pocta jeho práci.

Hodnota, v ktorej sa meria odpor, je pomenovaná po Georgovi Ohmovi. Napríklad rezistory majú dve hlavné charakteristiky: výkon vo wattoch a odpor - jednotka merania v ohmoch, kiloohmoch, megaohmoch atď.

Ohmov zákon pre časť obvodu

Na opísanie elektrického obvodu, ktorý neobsahuje EMF, môžete použiť Ohmov zákon pre časť obvodu. Toto je najjednoduchšia forma zápisu. Vyzerá to takto:

Kde I je prúd meraný v ampéroch, U je napätie vo voltoch, R je odpor v ohmoch.

Tento vzorec nám hovorí, že prúd je priamo úmerný napätiu a nepriamo úmerný odporu – to je presná formulácia Ohmovho zákona. Fyzikálny význam tohto vzorca je opísať závislosť prúdu cez časť obvodu s jeho známym odporom a napätím.

Pozor! Tento vzorec platí pre jednosmerný prúd, pre striedavý prúd má mierne rozdiely, k tomu sa vrátime neskôr.

Okrem pomeru elektrických veličín nám tento tvar hovorí, že graf prúdu verzus napätie v odpore je lineárny a rovnica funkcie je splnená:

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

Ohmov zákon pre časť obvodu sa používa na výpočet odporu rezistora v časti obvodu alebo na určenie prúdu cez ňu so známym napätím a odporom. Máme napríklad rezistor R s odporom 6 ohmov, na jeho svorky je privedené napätie 12 V. Musíme zistiť, aký veľký prúd ním potečie. Poďme počítať:

I=12V/6Ω=2A

Ideálny vodič nemá odpor, avšak vzhľadom na štruktúru molekúl látky, z ktorej je zložený, má odpor akékoľvek vodivé teleso. To bol napríklad dôvod prechodu z hliníkových drôtov na medené drôty v domácich elektrických sieťach. Špecifický odpor medi (Ohm na 1 meter dĺžky) je menší ako u hliníka. V súlade s tým sa medené drôty zahrievajú menej, odolávajú vysokým prúdom, čo znamená, že môžete použiť drôt s menším prierezom.

Ďalší príklad - špirály vykurovacích zariadení a rezistorov majú veľký odpor, pretože. sú vyrobené z rôznych kovov s vysokou odolnosťou, ako je nichróm, kanthal atď. Nosiče náboja sa pri pohybe vodičom zrážajú s časticami v kryštálovej mriežke, v dôsledku čoho sa uvoľňuje energia vo forme tepla a vodič zahrieva sa. Čím viac prúdu - tým viac kolízií - tým viac zahrievania.

Na zníženie zahrievania je potrebné vodič buď skrátiť, alebo zväčšiť jeho hrúbku (plochu prierezu). Tieto informácie možno zapísať ako vzorec:

R drôt =ρ(L/S)

Kde ρ je odpor v Ohm * mm 2 /m, L je dĺžka v m, S je plocha prierezu.

Ohmov zákon pre paralelný a sériový obvod

V závislosti od typu pripojenia sa pozoruje iný charakter toku prúdu a rozloženia napätia. Pre časť obvodu sériového zapojenia prvkov sa napätie, prúd a odpor nachádzajú podľa vzorca:

To znamená, že rovnaký prúd tečie v obvode ľubovoľného počtu sériovo zapojených prvkov. V tomto prípade sa napätie aplikované na všetky prvky (súčet poklesov napätia) rovná výstupnému napätiu zdroja energie. Každý prvok jednotlivo má svoju vlastnú hodnotu napätia a závisí od sily prúdu a odporu konkrétneho prvku:

U e-mail \u003d I * prvok R

Odpor časti obvodu pre paralelne zapojené prvky sa vypočíta podľa vzorca:

1/R = 1/R1+1/R2

Pre zmiešané pripojenie musíte reťaz priviesť do ekvivalentnej formy. Napríklad, ak je jeden odpor pripojený k dvom paralelne zapojeným odporom, potom najprv vypočítajte odpor paralelne zapojených odporov. Dostanete celkový odpor dvoch odporov a stačí ho pridať k tretiemu, ktorý je s nimi zapojený do série.

Ohmov zákon pre úplný obvod

Kompletný obvod vyžaduje zdroj energie. Ideálnym zdrojom energie je zariadenie, ktoré má jednu charakteristiku:

• napätie, ak ide o zdroj EMF;
• sila prúdu, ak ide o zdroj prúdu;

Takýto zdroj je schopný dodať akýkoľvek výkon pri konštantných výstupných parametroch. V skutočnom zdroji energie sú aj také parametre ako výkon a vnútorný odpor. Vnútorný odpor je v podstate imaginárny odpor v sérii so zdrojom EMF.

Vzorec pre Ohmov zákon pre kompletný obvod vyzerá podobne, ale pridáva sa vnútorný odpor napájacieho zdroja. Pre úplný reťazec je napísaný vzorcom:

I=ε/(R+r)

Kde ε je EMF vo voltoch, R je odpor záťaže, r je vnútorný odpor napájacieho zdroja.

V praxi je vnútorný odpor zlomok ohmu a pri galvanických zdrojoch sa výrazne zvyšuje. Pozorovali ste to, keď dve batérie (nové a vybité) majú rovnaké napätie, ale jedna produkuje požadovaný prúd a funguje správne a druhá nefunguje, pretože. klesá pri najmenšom zaťažení.

Ohmov zákon v diferenciálnom a integrálnom tvare

Pre homogénny úsek obvodu platia vyššie uvedené vzorce, pre nehomogénny vodič je potrebné ho rozdeliť na najkratšie segmenty tak, aby v rámci tohto segmentu boli minimalizované zmeny jeho rozmerov. Toto sa nazýva Ohmov zákon v diferenciálnej forme.

Inými slovami: prúdová hustota je priamo úmerná intenzite a vodivosti pre nekonečne malý úsek vodiča.

V integrálnej forme:

Ohmov zákon pre striedavý prúd

Pri výpočte obvodov striedavého prúdu sa namiesto pojmu odporu zavádza pojem "impedancia". Impedancia sa označuje písmenom Z, zahŕňa aktívny odpor záťaže R a a reaktanciu X (alebo R r). Je to spôsobené tvarom sínusového prúdu (a prúdov akýchkoľvek iných foriem) a parametrami indukčných prvkov, ako aj zákonmi spínania:

1. Prúd v indukčnom obvode sa nemôže okamžite zmeniť.
2. Napätie v obvode s kapacitou sa nemôže okamžite zmeniť.

Prúd teda začína zaostávať alebo viesť napätie a zdanlivý výkon je rozdelený na aktívny a jalový.

X L a X C sú reaktívne zložky záťaže.

V tejto súvislosti sa zavádza hodnota cosФ:

Tu - Q - jalový výkon v dôsledku striedavého prúdu a indukčno-kapacitných komponentov, P - aktívny výkon (rozptýlený v aktívnych komponentoch), S - zdanlivý výkon, cosФ - účinník.

Možno ste si všimli, že vzorec a jeho znázornenie sa prelína s Pytagorovou vetou. To je pravda a uhol Ф závisí od toho, aká veľká je reaktívna zložka záťaže - čím je väčšia, tým je väčšia. V praxi to vedie k tomu, že prúd skutočne tečúci v sieti je väčší ako prúd, ktorý zohľadňuje elektromer v domácnosti, zatiaľ čo podniky platia za plný výkon.

V tomto prípade je odpor prezentovaný v komplexnej forme:

Tu je j imaginárna jednotka, ktorá je typická pre zložitý tvar rovníc. Menej bežne označované ako i, ale v elektrotechnike sa tiež označuje efektívna hodnota striedavého prúdu, preto, aby nedošlo k zámene, je lepšie použiť j.

Pomyselnou jednotkou je √-1. Je logické, že pri kvadratúre takéto číslo neexistuje, čo môže mať za následok negatívny výsledok „-1“.

Ako si zapamätať Ohmov zákon

Aby ste si zapamätali Ohmov zákon, môžete si jeho znenie zapamätať jednoduchými slovami ako:

Čím vyššie napätie, tým vyšší prúd, čím vyšší odpor, tým nižší prúd.

Alebo použite mnemotechnické obrázky a pravidlá. Prvým je znázornenie Ohmovho zákona vo forme pyramídy - stručne a jasne.

Mnemotechnické pravidlo je zjednodušená forma konceptu pre jednoduché a ľahké pochopenie a štúdium. Môže byť buď verbálna alebo grafická. Ak chcete správne nájsť požadovaný vzorec, zatvorte požadovanú hodnotu prstom a získajte odpoveď vo forme produktu alebo podielu. Funguje to takto:

Druhým je karikatúra. Tu je to znázornené: čím viac sa Om snaží, tým ťažšie prechádza ampér a čím viac voltov, tým ľahšie prechádza ampér.

Ohmov zákon je jedným zo základných v elektrotechnike, väčšina výpočtov je nemožná bez jeho znalosti. A pri každodennej práci musíte často preložiť alebo určiť prúd odporom. Absolútne nie je potrebné chápať jeho odvodenie a pôvod všetkých veličín – vyžaduje sa však zvládnutie konečných vzorcov. Na záver by som rád poznamenal, že medzi elektrikármi existuje staré komické príslovie: "Ak nepoznáš Om, zostaň doma." A ak je v každom vtipe zrnko pravdy, tak tu je toto zrnko pravdy 100%. Preštudujte si teoretické základy, ak sa chcete stať profesionálom v praxi a ďalšie články z našej stránky vám s tým pomôžu.

Páči sa mi to( 0 ) Nemám rád( 0 )