Ohm yasasının fiziksel anlamı. Ohm ve Kirchhoff yasaları

Ohm yasası, örneğin Coulomb yasasının aksine, temel bir fizik yasası değildir. Pratik öneme sahiptir.
Doğada, elektrik akımını ileten maddeler vardır - iletkenler ve iletken olmayan - dielektrikler.
İletkenlerde serbest yükler vardır - elektronlar. Elektronların bir yönde birlikte hareket etmeye başlaması için, onları iletkenin bir ucundan diğerine hareket etmeye "zorlayacak" bir elektrik alanına ihtiyaç vardır.
Bir alan oluşturmanın en basit yolu sıradan bir pil olabilir. İletkenin sonunda elektron eksikliği varsa, "+", eğer "-" işaretidir. Her zaman negatif bir yüke sahip olan elektronlar, doğal olarak pozitif olma eğilimindedir. Bir iletkende elektrik akımı bu şekilde üretilir, yani elektrik yüklerinin yönlendirilmiş bir hareketi. Artırmak için iletkendeki elektrik alanını güçlendirmek gerekir. Veya dedikleri gibi, iletkenin uçlarına daha fazla voltaj uygulayın.
Elektrik akımı genellikle I harfi ile, voltaj ise U harfi ile gösterilir.

R = U / I formülünün yalnızca devrenin bir bölümünün direncini hesaplamanıza izin verdiğini, ancak direncin voltaj ve akıma bağımlılığını yansıtmadığını anlamak önemlidir.

Ancak serbest elektronların hareket ettiği iletkenler farklı R elektrik direncine sahip olabilir. Direnç, iletken malzemenin içinden elektrik akımı geçişine karşı direncinin ölçüsünü gösterir. Sadece geometrik boyutlara, iletkenin malzemesine ve sıcaklığına bağlıdır.
Bu niceliklerin her birinin kendi ölçü birimleri vardır: Akım I, Amper (A) cinsinden ölçülür; Voltaj U Volt (V) cinsinden ölçülür; Direnç ohm (ohm) cinsinden ölçülür.

Bir zincirin bir bölümü için Ohm yasası

1827 yılında Alman bilim adamı Georg Ohm bu üç nicelik arasında matematiksel bir ilişki kurmuş ve bunu sözlü olarak formüle etmiştir. Adını yaratıcısı Ohm kanunundan alan kanun bu şekilde ortaya çıktı. Toplamı şu şekildedir: "Elektrik devresinden geçen akımın gücü, uygulanan voltaj ile doğru orantılı ve devrenin direnç değeri ile ters orantılıdır."

Türetilmiş formüllerin türetilmesinde kafanız karışmaması için değerleri Şekil 2'deki gibi bir üçgen içine yerleştiriniz. Parmağınızla istenen değeri kapatınız. Kalanın göreceli konumu, hangi eylemin yapılması gerektiğini gösterecektir.

Ohm kanunu formülü: I = U / R
Basitçe söylemek gerekirse, voltaj ne kadar yüksek olursa akım o kadar güçlü olur, ancak direnç ne kadar yüksek olursa akım o kadar zayıf olur.

Tam devre için Ohm yasası, bir devrede akım gücü, elektromotor kuvvet (EMF) ve dış ve iç direnç arasında bir ilişki kuran ampirik (deneyden elde edilen) bir yasadır.

DC devrelerinin elektriksel özellikleri hakkında gerçek çalışmalar yaparken, akım kaynağının kendisinin direncini hesaba katmak gerekir. Böylece fizikte ideal bir akım kaynağından kendi direncine sahip gerçek bir akım kaynağına bir geçiş vardır (bkz. Şekil 1).

Pirinç. 1. İdeal ve gerçek akım kaynaklarının resmi

Kendi direncine sahip bir akım kaynağının düşünülmesi, tüm devre için Ohm yasasının kullanılmasını gerektirir.

Tam bir devre için Ohm yasasını aşağıdaki gibi formüle edelim (bkz. Şekil 2): ​​tam bir devredeki akım, EMF ile doğru orantılı ve toplam direncin toplam olarak anlaşıldığı devrenin toplam direnci ile ters orantılıdır. dış ve iç dirençler.

Pirinç. 2. Tam bir devre için Ohm yasasının şeması.

• R - dış direnç [Ohm];
• r, EMF kaynağının (dahili) [Ohm] direncidir;
• I - mevcut güç [A];
• ε– Akım kaynağının EMF'si [V].

Bu konuyla ilgili bazı görevleri ele alalım. Tam bir zincir için Ohm Yasası problemleri genellikle 10. sınıf öğrencilerine belirtilen konuyu daha iyi kavrayabilmeleri için verilir.

I. 2,4 ohm dirençli bir ampul ve 10 V'a eşit bir EMF ve 0,1 ohm iç dirence sahip bir akım kaynağı ile devredeki amperi belirleyin.

Tam bir devre için Ohm yasasının tanımına göre akım:

II. 52 V EMF ile akım kaynağının iç direncini belirleyin. Bu akım kaynağının 10 Ohm dirençli bir devreye bağlandığı biliniyorsa, ampermetre 5 A değerini gösterir.

Tam bir devre için Ohm yasasını yazalım ve ondan iç direnci ifade edelim:

III. Bir gün bir okul çocuğu bir fizik öğretmenine sormuş: "Pil neden bitiyor?" Bu soruya nasıl doğru cevap verilir?

Gerçek bir kaynağın, galvanik hücreler ve piller için elektrolit çözeltilerinin direncinden veya jeneratörler için iletkenlerin direncinden kaynaklanan kendi direncine sahip olduğunu zaten biliyoruz. Tam devre için Ohm yasasına göre:

bu nedenle devredeki akım, EMF'deki azalma nedeniyle veya iç dirençteki artış nedeniyle düşebilir. Pilin EMF değeri neredeyse sabittir. Sonuç olarak, iç direnç artırılarak devredeki akım azaltılır. Böylece, iç direnci arttıkça "pil" oturur.

Elektrik mühendisliğinde en yaygın kullanılan kanunlardan biridir. Bu yasa, en önemli üç nicelik arasındaki bağlantıyı ortaya koymaktadır: akım gücü, voltaj ve direnç. Bu bağlantı, 1820'lerde Georg Ohm tarafından ortaya çıkarıldı, bu yüzden bu yasa böyle bir isim aldı.

Ohm kanunu ifadesi sonraki:
Devrenin bir bölümündeki akımın büyüklüğü, bu bölüme uygulanan voltajla doğru orantılı ve direnciyle ters orantılıdır.

Bu bağımlılık şu formülle ifade edilebilir:

I'in akım gücü olduğu yerde, U, devrenin bölümüne uygulanan voltajdır ve R, devre bölümünün elektrik direncidir.
Yani, bu niceliklerden ikisini biliyorsanız, üçüncüyü kolayca hesaplayabilirsiniz.
Ohm yasası basit bir örnek kullanılarak anlaşılabilir. Diyelim ki bir ampulün akkor filamanının bir el fenerine direncini hesaplamamız gerekiyor ve ampulün voltaj değerlerini ve çalışması için gereken akımı biliyoruz (ampulün kendisi, bildiğiniz gibi, değişken bir direnç, ancak örneğin, onu sabit olarak alacağız). Direnci hesaplamak için voltaj, akım gücüne bölünmelidir. Hesaplamaları doğru yapmak için Ohm kanunu formülü nasıl hatırlanır? Ve bunu yapmak çok kolay! Aşağıdaki resimdeki gibi kendinize bir hatırlatma yapmanız yeterli.
Şimdi, miktarlardan herhangi birini elinizle kapattığınızda, onu nasıl bulacağınızı hemen anlayacaksınız. I harfini kapatırsanız, mevcut gücü bulmak için voltajı dirence bölmeniz gerektiği anlaşılır.
Şimdi yasanın formülasyonunda “doğru orantılı ve ters orantılı” kelimelerinin ne anlama geldiğini anlayalım. "Devrenin bölümündeki akımın büyüklüğü bu bölüme uygulanan gerilimle doğru orantılıdır" ifadesi, devrenin bölümündeki gerilim artarsa ​​bu bölümdeki akımın da artacağı anlamına gelir. Basit bir deyişle, voltaj ne kadar yüksek olursa, akım da o kadar yüksek olur. Ve "direnciyle ters orantılıdır" ifadesi, direnç ne kadar büyükse, akımın o kadar az olacağı anlamına gelir.
Bir el fenerinde bir ampulün nasıl çalıştığına dair bir örnek düşünün. Diyelim ki el fenerinin üç pile ihtiyacı var, aşağıdaki şemada gösterildiği gibi, burada GB1 - GB3 piller, S1 bir anahtar, HL1 bir ampul.

Ampulün direncinin, ısındıkça direnci artmasına rağmen, koşullu olarak sabit olduğunu varsayalım. Ampulün parlaklığı akımın gücüne bağlı olacaktır, ne kadar fazlaysa ampul o kadar parlak yanar. Şimdi, bir pil yerine bir jumper taktığımızı ve böylece voltajı azalttığımızı hayal edin.
Ampul ne olacak?
Ohm yasasını doğrulayan daha loş bir şekilde parlayacak (akım azaldı):
voltaj ne kadar düşükse, amper de o kadar düşük olur.

Günlük hayatta karşılaştığımız bu fiziksel yasa böyle işler.
Özellikle sizin için bir bonus, Ohm yasasını daha az renkli bir şekilde açıklayan komik bir resim.

Bu bir inceleme yazısıydı. Bu yasa hakkında daha ayrıntılı olarak, diğer daha karmaşık örneklerdeki her şeyi göz önünde bulundurarak bir sonraki "" makalesinde konuşuyoruz.

Fizik başarısız olursa, alternatif gelişimin bir çeşidi olarak çocuklar için İngilizce (http://www.anylang.ru/order-category/?slug=live_language).

Çeşitli elektrikli ev aletleri ve elektrik enerjisi tüketicileri ile teller aracılığıyla birbirine bağlanarak bir elektrik devresi oluşturur.

Bir elektrik devresinin elemanlarının (dirençler, akım kaynakları, anahtarlar, lambalar, cihazlar vb.) özel simgelerle işaretlendiği şemaları kullanarak bir elektrik devresini tasvir etmek gelenekseldir.

akımın yönü bir devrede - bu, akım kaynağının pozitif kutbundan negatif kutbuna olan yöndür. Bu kural 19. yüzyılda kurulmuştur. ve o zamandan beri saygı görüyor. Gerçek yüklerin hareketi, akımın geleneksel yönü ile çakışmayabilir. Yani metallerde akım taşıyıcılar negatif yüklü elektronlardır ve negatif kutuptan pozitife yani ters yönde hareket ederler. Elektrolitlerde, yüklerin gerçek hareketi, hangi iyonların yük taşıyıcı olduğuna bağlı olarak - pozitif veya negatif - akımın yönüne denk gelebilir veya zıt olabilir.

Elemanların bir elektrik devresine dahil edilmesi tutarlı veya paralel.

Tam devre için Ohm yasası.

Akım kaynağı ve dirençten oluşan bir elektrik devresi düşünün. r.

Tam devre için Ohm yasası, devredeki akım, EMF ve devrenin dış direncinden oluşan toplam direnci arasında bir ilişki kurar. r ve akım kaynağının iç direnci r.

Dış güçlerin işi ANS akım kaynağı, EMF tanımına göre ( ɛ ) eşittir ANS = ɛq, nerede Q- EMF tarafından yer değiştiren yük. Akım tanımına göre q = O, nerede T- ücretin aktarıldığı süre. Dolayısıyla elimizde:

ANS = ɛ Bilişim Teknoloji.

Devrede iş yaparken oluşan ısı, Joule-Lenz yasası, eşittir:

Q = ben 2 Rt + ben 2 rt.

Enerjinin korunumu yasasına göre bir = Q... eşitleme ( ANS = ɛ Bilişim Teknoloji) ve ( Q = ben 2 Rt + ben 2 rt), şunu elde ederiz:

ɛ = IR + Ir.

Ohm'un kapalı devre yasası genellikle şu şekilde yazılır:

.

Tam bir devredeki akım, devrenin EMF'sinin empedansına oranına eşittir.

Devre, EMF ile seri olarak bağlanmış birkaç kaynak içeriyorsa ɛ 1, ɛ 2, ɛ 3 vb., o zaman devrenin toplam EMF'si, bireysel kaynakların EMF'sinin cebirsel toplamına eşittir. Kaynak EMF'nin işareti, örneğin aşağıdaki şekilde keyfi olarak seçilen konturu atlama yönüne göre belirlenir - saat yönünün tersine.

Kaynağın içindeki dış güçler pozitif iş yapıyor. Tersine, aşağıdaki denklem zincir için geçerlidir:

ɛ = ɛ 1 + ɛ 2 + ɛ 3 = | ɛ 1 | - | ɛ 2 | - | ɛ 3 | ...

Akım gücüne göre, pozitif bir EMF ile pozitiftir - harici devredeki akımın yönü, döngü baypasının yönü ile çakışır. Birkaç kaynağa sahip bir devrenin toplam direnci, örneğin yukarıdaki şekil için tüm EMF kaynaklarının dış ve iç dirençlerinin toplamına eşittir:

R n = R + r 1 + r 2 + r 3.

Ohm Yasası, 1826'da Alman fizikçi Georg Ohm tarafından keşfedildi ve o zamandan beri elektrik mühendisliği alanında teori ve pratikte yaygın olarak uygulandı. Hemen hemen her elektrik devresi için hesaplamalar yapmanın mümkün olduğu iyi bilinen bir formülle ifade edilir. Bununla birlikte, Ohm'un AC yasası, reaktif elemanların varlığı ile belirlenen DC bağlantılarından kendi özelliklerine ve farklılıklarına sahiptir. Çalışmasının özünü anlamak için, elektrik devresinin ayrı bir bölümünden başlayarak, basitten karmaşığa tüm zinciri gözden geçirmeniz gerekir.

Bir devrenin bir bölümü için Ohm yasası

Ohm yasasının, elektrik devreleri için çeşitli seçenekler için çalıştığı kabul edilir. Hepsinden önemlisi, bir DC veya AC devresinin ayrı bir bölümüne uygulanan I = U / R formülü ile bilinir.

Amper cinsinden ölçülen akım (I), volt cinsinden ölçülen voltaj (U) ve ohm cinsinden ölçülen direnç (R) gibi tanımları içerir.

Bu formülün yaygın tanımı, iyi bilinen kavramla ifade edilir: akım gücü, voltajla doğru orantılı ve devrenin belirli bir bölümündeki dirençle ters orantılıdır. Voltaj artarsa, akım gücü de artar ve aksine dirençteki artış akımı azaltır. Bu segmentteki direnç sadece birinden değil, birbirine bağlı birkaç elemandan da oluşabilir.

Ohm'un doğru akım kanunu formülü, genel şekilde gösterilen özel bir üçgen kullanılarak kolayca ezberlenebilir. Her biri ayrı bir parametre içeren üç bölüme ayrılmıştır. Böyle bir ipucu, istenen değeri hızlı ve kolay bir şekilde bulmanızı sağlar. İstenilen gösterge bir parmakla kapatılır ve kalanlarla işlemler birbirlerine göre konumlarına bağlı olarak gerçekleştirilir.

Aynı seviyede bulunuyorlarsa, çarpılmaları gerekir ve farklı seviyelerde iseler, üst parametre alt olana bölünür. Bu yöntem, acemi elektrik mühendisleri için hesaplamalarda karışıklığı önlemeye yardımcı olacaktır.

Tam bir devre için Ohm yasası

Bir segment ile bütün bir zincir arasında belirli farklılıklar vardır. Akım veya voltaj kaynağında bulunan genel devrenin bir kısmı, bir bölüm veya segment olarak kabul edilir. Bir akım kaynağına farklı şekillerde bağlanan bir veya daha fazla elemandan oluşur.

Tam devre sistemi, pilleri, farklı yük türlerini ve bunları birbirine bağlayan kabloları içeren genel bir çok zincirli sistemdir. Ayrıca Ohm yasasına göre çalışır ve alternatif akım da dahil olmak üzere pratikte yaygın olarak kullanılır.

Ohm yasasının tam bir DC devresinde çalışma prensibi, basit bir deney yapılırken açıkça görülebilir. Şekilde gösterildiği gibi, bunun için elektrotlarında U gerilimi, herhangi bir sabit direnç R ve bağlantı telleri olan bir akım kaynağı gerekir. Direnç olarak sıradan bir akkor lamba alabilirsiniz. Filamenti boyunca, I = U / R formülüne göre metal iletken içinde hareket eden elektronlar tarafından oluşturulan bir akım akacaktır.

Ortak devre sistemi, bir direnç, bağlantı telleri ve akü kontakları içeren bir dış bölümden ve akım kaynağının elektrotları arasında yer alan bir iç bölümden oluşacaktır. Pozitif ve negatif yüklü iyonların oluşturduğu bir akım da iç kısımdan geçecektir. Katot ve anot, artı ve eksi ile yükler biriktirmeye başlayacak ve daha sonra aralarında ortaya çıkacaktır.

İyonların tam hareketi, harici devreye giden akım çıkışını sınırlayan ve gücünü belirli bir sınıra indiren pilin r iç direnci tarafından engellenecektir. Sonuç olarak, ortak devredeki akım, iç ve dış devrelerin içinden geçerek dönüşümlü olarak bölümlerin toplam direncini (R + r) aşar. Akımın boyutu, elektromotor kuvveti - E sembolü ile gösterilen elektrotlara uygulanan EMF gibi bir kavramdan etkilenir.

EMF değeri, harici devre bağlı değilken bir voltmetre kullanılarak akü terminallerinde ölçülebilir. Yükü bağladıktan sonra voltmetrede bir U gerilimi belirir.Böylece yük kesildiğinde U=E,harici devre bağlandığında U< E.

EMF, tam bir devrede yüklerin hareketine ivme kazandırır ve mevcut gücü I = E / (R + r) belirler. Bu formül, tam bir DC elektrik devresi için Ohm yasasını yansıtır. İç ve dış konturların işaretleri, içinde açıkça görülebilir. Yükün bağlantısı kesilirse, yüklü parçacıklar akünün içinde hareket etmeye devam eder. Bu fenomene, katot metal parçacıklarının gereksiz tüketimine yol açan kendi kendine deşarj akımı denir.

Güç kaynağının iç enerjisinin etkisi altında, direnç ısınmaya ve elemanın dışında daha fazla dağılmasına neden olur. Yavaş yavaş, pil şarjı herhangi bir kalıntı bırakmadan tamamen kaybolur.

Alternatif akım devresi için Ohm yasası

Ohm yasası, AC devreleri için farklı görünecektir. I = U / R formülünü temel alırsak, aktif direnç R'ye ek olarak, reaktif olanlarla ilgili endüktif XL ve kapasitif XC dirençleri eklenir. Bu tür elektrik devreleri, yalnızca bir aktif dirence sahip bağlantılardan çok daha sık kullanılır ve herhangi bir seçeneği hesaplamanıza izin verir.

Bu aynı zamanda ağın döngüsel frekansı olan ω parametresini de içerir. Değeri ω = 2πf formülü ile belirlenir, burada f bu ağın frekansıdır (Hz). Sabit akımda bu frekans sıfır olacak ve kapasitans sonsuz bir değer alacaktır. Bu durumda DC elektrik devresi kopacaktır, yani reaktans yoktur.

Bir AC devresi, voltaj kaynağı dışında bir DC devresinden farklı değildir. Genel formül aynı kalır, ancak reaktif öğeler eklemek içeriğini tamamen değiştirir. f parametresi artık sıfır olmayacak, bu da reaktansın varlığını gösterir. Ayrıca devrede akan akımı da etkiler ve rezonansa neden olur. Z sembolü, döngü empedansını belirtmek için kullanılır.

İşaretlenen değer, aktif dirence, yani Z ≠ R'ye eşit olmayacaktır. Alternatif akım için Ohm yasası şimdi I = U / Z formülüne benzeyecektir. Bu özelliklerin bilinmesi ve formüllerin doğru kullanımı, elektrik sorunlarına yanlış çözümlerden kaçınmaya ve ayrı devre elemanlarının arızalanmasını önlemeye yardımcı olacaktır.