Basit terimlerle Ohm kanunu. Ohm kanunu kapalı devre tanımı için

Ohm'un kapalı devre kanunu bunu söylüyor. İç dirençli bir akım kaynağından ve ayrıca harici bir yük direncinden oluşan kapalı bir devrede akımın büyüklüğü. Kaynağın elektromotor kuvvetinin dış ve iç dirençlerin toplamına oranına eşit olacaktır.

Formula 1 - Ohm'un Kapalı Devre Yasası

R Harici devre direncinin Ohm cinsinden ölçüldüğü yer

r akım kaynağının iç direnci de ohm cinsinden ölçülür

Devredeki amperaj. Amper cinsinden ölçülür

E Akım kaynağının elektromotor kuvveti Volt cinsinden ölçülür

Bazen devrede akım gücünü bulmak gerektiğinde durumlar ortaya çıkar, ancak uçlarındaki voltaj ayarlanmamıştır. Ancak devrenin direnci ve mevcut kaynağın elektromotor kuvveti hala biliniyor. Bu durumda, Ohm yasasını zincir bölümü için uygulamak imkansızdır.

Bu durumda Ohm kanunu kapalı devre için uygulanır. Bu yasanın çalışma prensibini açıklamak için bir deney yapacağız. Bunu yapmak için bir akım kaynağına, bir reostaya, bir voltmetreye ve bir ampermetreye ihtiyacımız var.

Başlangıç \u200b\u200bolarak, bir reosta akım kaynağı ve bir ampermetreden oluşan bir devre inşa edeceğiz. Deneye başlamadan önce reostayı maksimum konuma getirin. Açtıktan sonra, devrede bir ampermetre ile gözlemlenebilen bir akım belirir. Reostatın kaydırıcısını hareket ettirerek, devrenin dış direnci değiştiğinde akımın değiştiğini göreceğiz.

Şekil 1 - Devredeki akımın ölçülmesi

Ayrıca, reosta üzerinde belirli bir direnç bırakarak, aynı paralelden başka birini akım kaynağına bağlayın. Ve devredeki akımın artacağını göreceğiz. Her iki kaynağın da aynı gerilime sahip olduğu görülüyor, harici devrenin direnci değişmemiş, akım neden arttı.

Bu, mevcut kaynağın iç direncinin azalması nedeniyle oldu. Ve kapalı bir devrede olduğu için, harici bir direnç ve bir akım kaynağı ile seri olarak bağlanır. Daha sonra bu iç direnç, devrede akım oluşumunda da rol oynar.

Formül 2 - Ohm kanunu n sayıda paralel bağlı akım kaynağı olan kapalı devre için.

Yukarıdakilere dayanarak, gerçek bir kapalı elektrik devresinde, akım kaynağında bir kısa devre meydana geldiğinde akım değerinin sonsuza kadar artamayacağı sonucuna varabiliriz, çünkü bu değer akım kaynağının iç direnci ile sınırlıdır.

Yükün dolaşımını sadece elektrostatik kuvvetin etkisi altında kapalı bir devrede düzenlemek imkansızdır. Yüksek potansiyel bölgeye yük aktarımı için (2- b-1) kullanmak zorundasın elektrostatik olmayan kuvvetler. Bu tür kuvvetlere dış kuvvetler denir. Elektrostatik haricindeki herhangi bir kuvvet, dış kuvvet görevi görebilir. Dış kuvvetlerin elektrik yüklerine etki ettiği cihazlara akım kaynakları denir. Örneğin pillerde, elektrotların bir elektrolit ile etkileşiminin kimyasal reaksiyonunun bir sonucu olarak harici kuvvetler ortaya çıkar; jeneratörlerde, harici kuvvetler, manyetik bir alanda hareket eden yüklere etki eden kuvvetlerdir, vb. Mevcut kaynaklarda, dış kuvvetlerin çalışması sayesinde, üretilen enerji yaratılır ve daha sonra elektrik devresinde tüketilir.

Tek bir pozitif yükü hareket ettirirken dış kuvvetler tarafından gerçekleştirilen iş, kaynağın temel özelliklerinden biridir, elektromotor kuvveti e:

Dış kuvvetlerin alanı ve elektrostatik alan, yoğunluk vektörüyle karakterize edilir:

Kaynağın elektromotor kuvveti, tek bir pozitif yükü kapalı bir döngü boyunca hareket ettirirken dış kuvvetler tarafından gerçekleştirilen işe eşittir.

Devre 1-a-2 bölümünde, yük taşıyıcılarının hareketi yalnızca elektrostatik kuvvet \u003d q etkisi altında gerçekleşir. Bu tür alanlara homojen denir.

Dış kuvvetlerin elektrostatik kuvvetle birlikte hareket ettiği kapalı bir döngünün bir bölümüne homojen olmayan denir.

Zincirin homojen bir bölümünde, yük taşıyıcılarının yönlendirilmiş hareketinin ortalama hızının, üzerlerine etki eden kuvvetle orantılı olduğu gösterilebilir. Bunu yapmak için, son derste elde edilen formülleri karşılaştırmak yeterlidir: \u003d (6.3) ve \u003d l

Devrenin homojen olmayan bir bölümü durumunda, hızın kuvvete orantılılığı ve yoğunluk ile akım yoğunluğu aynı kalacaktır. Ancak şimdi alan kuvveti, elektrostatik alanın ve dış kuvvetlerin alanının kuvvetlerinin toplamına eşittir:

Bu, Ohm yasasının, devrenin tek tip olmayan bir bölümü için yerel diferansiyel formdaki denklemidir.

Şimdi, integral formdaki bir devrenin homojen olmayan bölümü için Ohm yasasına geçelim.

Kapalı bir döngü için, Ohm kanunu denklemi bir şekilde değiştirilmiştir, çünkü bu durumda potansiyel fark sıfıra eşittir :.

Ohm'un kapalı devre yasasında (7.8), R, döngünün toplam direncidir, R 0 devresinin dış direncinin toplamı ve r: R \u003d R 0 + r kaynağının iç direncinin toplamıdır.

12) Diferansiyel ve integral formlarda Joule-Lenz yasası.

Elektrik devresi bölümünde doğru akımın akmasına izin verin ben ... Voltaj U Bu bölümün sonunda, bu bölüm boyunca tek bir pozitif yük hareket ettiğinde elektrik kuvvetlerinin yaptığı işe sayısal olarak eşittir. Bu, voltaj tanımından kaynaklanmaktadır.

Dolayısıyla iş Bir = q ×  U... Sırasında t ücret site genelinde aktarılacak q = ben ×  t ve iş yapılacak: Bir = q ×  U = U ×  ben ×  t.

Elektrik akımı çalışmasının bu ifadesi herhangi bir iletken için geçerlidir.

Birim zamanda yapılan iş, elektrik akımının gücüdür:

Elektrik akımının işi (6.14), iletkeni ısıtmak, mekanik iş yapmak (elektrik motoru) ve elektrolit içinden akarken akımın kimyasal eylemi (elektroliz) için harcanabilir.

Akım akışı sırasında kimyasal eylem ve mekanik çalışma yapılmazsa, elektrik akımının tüm işi yalnızca iletkeni ısıtmak için harcanır: Q = Bir = U ×  ben ×  t = ben 2 × R ×  t. (6.15)

Elektrik akımının termal etkisine ilişkin yasa (6.15) deneysel olarak bağımsız olarak İngiliz bilim adamı D.Joule ve Rus akademisyen E.H. Lenz. Formül (6.15) - Joule-Lenz yasasının integral formda matematiksel gösterimi, iletkende açığa çıkan ısı miktarını hesaplamanıza izin verir.

.

Bizden önce diferansiyel biçimde Joule-Lenz yasası.

Hesaba katıldığında ben \u003d l E \u003d, bu ifade şu şekilde de yazılabilir:

Kirchhoff kuralları.

Tarafımızdan düşünülen doğru akım yasaları, karmaşık dallı elektrik devrelerindeki akımları hesaplamamıza izin verir. Bu hesaplamalar Kirchhoff kuralları kullanılarak basitleştirilmiştir.

İki Kirchhoff kuralı var : mevcut kural ve stres kuralı.

Akım kuralı, devrenin düğümlerine, yani en az üç iletkenin birleştiği devrenin noktalarına atıfta bulunur (Şekil 7.4.). Akımlar kuralı şöyle der: Bir düğümdeki akımların cebirsel toplamı sıfıra eşittir:

Karşılık gelen denklemi oluştururken, düğüme akan akımlar bir artı işaretiyle ve ondan ayrılanlar - bir eksi işaretiyle alınır. Bu ilk Kirchhoff kuralı, süreklilik denkleminin (bkz. (6.7)) veya elektrik yükünün korunumu yasasının bir sonucudur.

Stres kuralı Dallanmış zincirin herhangi bir kapalı döngüsünü ifade eder.

Stres kuralı aşağıdaki gibi formüle edilir: herhangi bir kapalı devrede, gerilim düşüşlerinin cebirsel toplamı, bu devrede meydana gelen emk'nin cebirsel toplamına eşittir:

Denklemi oluştururken, ikinci Kirchhoff kuralları baypas yönüne göre belirlenir.

Baypas yönüne denk gelen akımlar bir artı işaretiyle, ters yöndeki akımlar ise eksi emf ile alınır. baypas yönüne denk gelen bir akım oluşturuyorsa kaynak artı işaretiyle alınır. Aksi takdirde, emf olumsuz.

Bir elektrikçi ve elektronik mühendisi için temel yasalardan biri Ohm Yasasıdır. Her gün iş, uzman için yeni görevler belirler ve çoğu zaman yanmış bir direnç veya bir grup eleman için bir yedek bulmak gerekir. Bir elektrikçinin genellikle kabloları değiştirmesi gerekir, doğru olanı seçmek için, yükteki akımı "tahmin etmeniz" gerekir, bu nedenle günlük yaşamda en basit fiziksel yasaları ve ilişkileri kullanmanız gerekir. Elektrik mühendisliğinde Ohm Yasasının değeri muazzamdır, bu arada, elektrik mühendisliğindeki çoğu diploma çalışması bir formüle göre% 70-90 oranında hesaplanır.

Tarihsel referans

Ohm Yasası, 1826'da Alman bilim adamı Georg Ohm tarafından keşfedildi. Akım, gerilim ve iletken tipi oranını deneysel olarak tanımladı ve açıkladı. Daha sonra üçüncü bileşenin direnişten başka bir şey olmadığı ortaya çıktı. Daha sonra, bu yasa keşfi yapan kişinin adını aldı, ancak yasa, mesele ile sınırlı kalmadı, soyadı ve fiziksel miktar, eserine bir haraç olarak adlandırıldı.

Direncin ölçüldüğü değere Georg Ohm'un adı verilmiştir. Örneğin, dirençlerin iki ana özelliği vardır: watt cinsinden güç ve direnç - ohm, kilo-ohm, mega-ohm, vb. Cinsinden bir ölçü birimi.

Ohm'un bir zincir bölümü yasası

EMF içermeyen bir elektrik devresini tanımlamak için, Ohm yasasını devrenin bir bölümü için kullanabilirsiniz. Bu en basit kayıt şeklidir. Şöyle görünüyor:

Akım olduğum yerde, Amper cinsinden ölçülür, U volt cinsinden voltajdır, R, ohm cinsinden dirençtir.

Bu formül bize akımın voltajla doğru orantılı ve dirençle ters orantılı olduğunu söyler - bu Ohm Yasasının tam formülasyonudur. Bu formülün fiziksel anlamı, akımın bilinen bir direnç ve voltajda devrenin bir bölümü boyunca bağımlılığını tanımlamaktır.

Dikkat!Bu formül doğru akım için geçerlidir, alternatif akım için küçük farklılıklar vardır, buna daha sonra döneceğiz.

Elektriksel büyüklüklerin oranına ek olarak, bu form bize akımın dirençteki gerilime bağımlılığının grafiğinin doğrusal olduğunu ve fonksiyonun denkleminin yerine getirildiğini söyler:

f (x) \u003d ky veya f (u) \u003d IR veya f (u) \u003d (1 / R) * I

Bir devrenin bir bölümü için Ohm yasası, bir devrenin bir bölümündeki bir direncin direncini hesaplamak veya bilinen bir voltaj ve dirençte içinden geçen akımı belirlemek için kullanılır. Örneğin, 6 ohm dirençli bir R direncimiz var, terminallerine 12 V'luk bir voltaj uygulanıyor, içinden ne kadar akım geçeceğini bulmanız gerekiyor. Hesaplayalım:

I \u003d 12V / 6 Ohm \u003d 2A

İdeal bir iletkenin direnci yoktur, ancak oluştuğu maddenin moleküllerinin yapısından dolayı herhangi bir iletken cismin direnci vardır. Örneğin, ev tipi elektrik şebekelerinde alüminyumdan bakır tellere geçişin nedeni buydu. Bakır direnci (metre uzunluk başına ohm) alüminyumunkinden daha azdır. Buna göre, bakır teller daha az ısınır, yüksek akımlara dayanır, bu da daha küçük bir kesite sahip bir tel kullanabileceğiniz anlamına gelir.

Başka bir örnek - ısıtma cihazlarının ve dirençlerin spiralleri yüksek bir özgül dirence sahiptir, çünkü Nikrom, kantal, vb. gibi çeşitli yüksek dirençli metallerden yapılır. Yük taşıyıcıları bir iletkenden geçerken, kristal kafes içindeki parçacıklarla çarpışır, bunun sonucunda enerji ısı şeklinde açığa çıkar ve iletken ısınır. Ne kadar güncel - daha fazla çarpışma - o kadar fazla ısınma.

Isınmayı azaltmak için, iletken kısaltılmalı veya kalınlığı artırılmalıdır (enine kesit alanı). Bu bilgiler bir formül olarak yazılabilir:

R teli \u003d ρ (L / S)

Ρ, Ohm * mm2 / m cinsinden direnç olduğunda, L, m cinsinden uzunluktur, S, kesit alanıdır.

Ohm'un paralel ve seri devre yasası

Bağlantı türüne bağlı olarak, farklı bir akım akışı ve voltaj dağıtımı modeli vardır. Elemanların seri bağlantı zincirinin bir bölümü için, voltaj, akım ve direnç aşağıdaki formülle bulunur:

Bu, aynı akımın rastgele sayıda seri bağlı elemanın bir devresinde aktığı anlamına gelir. Bu durumda, tüm elemanlara uygulanan gerilim (gerilim düşüşlerinin toplamı), güç kaynağının çıkış gerilimine eşittir. Her elemanın ayrı ayrı kendi voltaj değeri vardır ve akım gücüne ve spesifik dirence bağlıdır:

U el \u003d I * R öğesi

Paralel bağlı elemanlar için bir devre bölümünün direnci aşağıdaki formülle hesaplanır:

1 / R \u003d 1 / R1 + 1 / R2

Karışık bir bağlantı için, zinciri eşdeğer bir forma getirmeniz gerekir. Örneğin, bir direnç iki paralel bağlı dirence bağlanırsa, önce paralel bağlı olanların direncini hesaplayın. İki direncin toplam direncini elde edeceksiniz ve onu seri olarak bağlı olan üçüncüye eklemeniz yeterli.

Ohm kanunu tam bir devre için

Tam bir devre bir güç kaynağı varsayar. İdeal bir güç kaynağı, bir özelliği olan bir cihazdır:

• voltaj, bir EMF kaynağı ise;
• akım kaynağı ise akım gücü;

Böyle bir güç kaynağı, sabit çıktı parametreleriyle herhangi bir gücü sağlayabilir. Gerçek bir güç kaynağında, güç ve iç direnç gibi parametreler de vardır. Aslında, iç direnç, EMF kaynağıyla seri olarak kurulan hayali bir dirençtir.

Tam bir devre için Ohm Yasası formülü benzer görünür, ancak PI'nin iç direnci eklenir. Tam bir zincir için aşağıdaki formülle yazılır:

Ben \u003d ε / (R + r)

Ε Volt cinsinden EMF olduğunda, R yük direncidir, r güç kaynağının iç direncidir.

Pratikte, iç direnç Ohm'un bir kısmıdır, ancak galvanik kaynaklar için önemli ölçüde artar. İki pil (yeni ve bitmiş) aynı voltaja sahipken, biri gerekli akımı veriyor ve düzgün çalışıyor, ikincisi çalışmıyor, çünkü bunu gözlemlediniz. en ufak bir yükte sarkar.

Ohm kanunu diferansiyel ve integral formda

Devrenin homojen bir bölümü için, yukarıdaki formüller geçerlidir; homojen olmayan bir iletken için, boyutlarındaki değişikliklerin bu bölüm içinde en aza indirilmesi için mümkün olan en kısa bölümlere bölünmesi gerekir. Buna Ohm Yasası denir.

Başka bir deyişle: akım yoğunluğu, iletkenin sonsuz küçük bölümü için doğrudan orantılıdır.

İntegral formda:

Ohm'un alternatif akım yasası

AC devreleri hesaplanırken direnç kavramı yerine "empedans" kavramı tanıtılmıştır. Empedans Z harfi ile gösterilir, yük direnci Ra ve reaktans X (veya R r) içerir. Bu, sinüzoidal akımın şekline (ve diğer herhangi bir formdaki akımlara) ve endüktif elemanların parametrelerine ve ayrıca komütasyon yasalarına bağlıdır:

1. Endüktanslı bir devredeki akım anında değişemez.
2. Kapasitanslı bir devredeki voltaj anında değişemez.

Böylece, akım voltajın gerisinde veya önünde kalmaya başlar ve görünen güç aktif ve reaktif olarak bölünür.

X L ve X C, yükün reaktif bileşenleridir.

Bu bağlamda, cosF değeri tanıtılır:

Burada - Q - alternatif akım ve endüktif-kapasitif bileşenler nedeniyle reaktif güç, P - aktif güç (aktif bileşenlere tahsis edilmiş), S - görünen güç, cosF - güç faktörü.

Formül ve temsilinin Pisagor teoremi ile örtüştüğünü fark etmiş olabilirsiniz. Aslında durum budur ve Ф açısı, yükün reaktif bileşeninin ne kadar büyük olduğuna bağlıdır - ne kadar büyükse, o kadar fazladır. Uygulamada bu, ağda fiilen akan akımın hane halkı sayacı tarafından dikkate alınandan daha büyük olmasına ve işletmelerin tam kapasite için ödeme yapmasına neden olur.

Bu durumda direnç, karmaşık bir biçimde sunulur:

Burada j, karmaşık denklem formları için tipik olan hayali birimdir. Daha az yaygın olarak i olarak belirtilir, ancak elektrik mühendisliğinde, alternatif akımın rms değeri de belirtilir, bu nedenle, karıştırılmamak için j kullanmak daha iyidir.

Hayali birim √-1'dir. Kareyi alırken böyle bir sayı olmaması mantıklıdır, bu da negatif "-1" sonucunu alabilir.

Ohm kanunu nasıl hatırlanır

Ohm Yasasını ezberlemek için formülasyonu aşağıdaki gibi basit kelimelerle ezberleyebilirsiniz:

Gerilim ne kadar yüksekse, akım o kadar yüksek, direnç o kadar yüksek, akım o kadar düşük olur.

Veya anımsatıcı resimler ve kurallar kullanın. İlki, Ohm yasasının piramit benzeri bir temsilidir - kısa ve net.

Anımsatıcı bir kural, basit ve kolay anlaşılması ve çalışması için basitleştirilmiş bir kavram biçimidir. Sözlü veya grafiksel olabilir. Doğru formülü doğru bulmak için gerekli değeri parmağınızla kapatın ve cevabı bir ürün veya bölüm şeklinde alın. Bu nasıl çalışır:

İkincisi bir karikatür. Burada gösterilmektedir: Ohm ne kadar çok denerse, Ampere o kadar zor geçer ve Volt ne kadar fazlaysa, Ampere o kadar kolay geçer.

Ohm kanunu, elektrik mühendisliğinin temel kurallarından biridir, onun bilgisi olmadan hesaplamaların çoğu imkansızdır. Ve günlük işte, genellikle akımı dirençle çevirmeniz veya belirlemeniz gerekir. Sonuçlarını ve tüm miktarların kökenini anlamak gerekli değildir - ancak nihai formüller ustalaşmak için zorunludur. Sonuç olarak, elektrikçilerden eski bir komik atasözü olduğunu belirtmek isterim: "Om'u tanımıyorsanız, evde kalın."Ve eğer her şakada bir parça doğruluk varsa, o zaman burada bu doğruluk payı% 100'dür. Uygulamada profesyonel olmak istiyorsanız teorik temelleri inceleyin ve sitemizdeki diğer makaleler size bu konuda yardımcı olacaktır.

Sevmek( 0 ) Sevmiyorum( 0 )

1826'da, Alman bilim adamı Georg Ohm, deneysel olarak iletkendeki akım I ile uçlarındaki U voltajı arasında doğru orantılı bir ilişki kurdu: burada G - bir iletkenin elektriksel iletkenliği... Karşılıklı iletkenlik denir iletkenin elektrik direnci R... Böylece, emf kaynağı içermeyen bir devrenin bir bölümü için Ohm yasası, forma sahiptir. Genel durumda, zincirin bir bölümünün de bir emf içerebileceğini dikkate alarak, ohm kanunu olarak sunulmalıdır.

Bir iletkenin direnci, boyutuna, şekline ve yapıldığı malzemeye bağlıdır. Homojen bir doğrusal iletken için l - uzunluk, S - iletkenin enine kesit alanı, r - iletkenin yapıldığı malzemeye bağlı olarak elektriksel direnç. 1 ohm'luk bir direnç birimi, 1A'lık bir akımın 1V'luk bir voltajda aktığı bir iletkenin direncidir.

Devre kapalıysa, burada R, emf kaynağının direnci de dahil olmak üzere tüm devrenin toplam direncidir. Sonra ohm kanunu kapalı devre e bu devrede bulunan tüm emf'lerin cebirsel toplamı olduğu yazılmalıdır.

Mevcut kaynağın direncini aramak gelenekseldir r - içve R devresinin geri kalanının direnci dış... Ohm kanunu formülünün kapalı devre için son şekli. SI birimlerinde gerilim ve emf. Volt (V), direnç - Ohm (Ohm) cinsinden ölçülür, spesifik elektrik direnci - Ohm-metre (Ohm × m) cinsinden, Siemens'te (S) elektrik iletkenliği.

Ohm kanunu, akım yoğunluğu için de yazılabilir. D elektrik uzunluğunun bir bölümünü düşünün l ve kesit dS (Şekil 2.1). Bu alandaki akım gücü, direnç, voltaj düşüşü, burada E iletkendeki elektrik alan kuvvetidir. Bu parametreleri, devrenin bir bölümü için Ohm yasasına yerleştirerek şunu elde ederiz: ... Buradan veya nerede - iletkenin elektriksel iletkenliğiveya özgül iletkenlik... Vektör formunda, (g için SI birimi metre başına Siemens (S / m)). Ortaya çıkan ifade, Ohm'un diferansiyel formdaki yasasıdır: İletkenin herhangi bir noktasındaki akım yoğunluğu, o noktadaki alan gücüyle doğru orantılıdır.

1.14 İletken direnci. Süperiletkenlik olgusu.

Bir maddenin akımı iletme yeteneği, özgül iletkenlikg veya direnç r. Değerleri, iletkenin kimyasal yapısı ve koşullar, özellikle de bulunduğu sıcaklık tarafından belirlenir. Çoğu metal için satır, sıcaklıkla yaklaşık doğrusal olarak büyür: , - 0 ° С'da direnç, t - Santigrat ölçeğinde sıcaklık, a - çok düşük olmayan sıcaklıklarda 1/273 K -1'e yakın sıcaklık direnç katsayısı. R ~ r'den beri , 0 ° С'deki direnç nerede. Son iki formülü dönüştürdükten sonra yazabiliriz ve burada T, Kelvin sıcaklığıdır. Metallerin direncinin sıcaklığa bağlılığına göre, dirençli termometreler - termistörler0,003 K doğrulukla sıcaklığın belirlenmesine izin verir.

Düşük sıcaklıklarda, metallerin direncinin sıcaklığa bağımlılığının doğrusallığı ihlal edilir ve 0 K sıcaklıkta artık direnç R dinlenme gözlenir. R rest değeri, malzemenin saflığına ve içindeki mekanik gerilmelerin varlığına bağlıdır. Sadece mükemmel derecede düzgün kristal kafesi olan mükemmel saf bir metalde, T ® 0'da R rest ®0 (eğrinin noktalı kısmı).

Ek olarak, 1911'de G. Kammerling-Onnes, Tk \u003d 4.1 K'de civa direncinin aniden neredeyse sıfıra düştüğünü keşfetti. Bu sıcaklık adlandırıldı kritikve gözlemlenen fenomen süperiletkenlik... Daha sonra, bu etki diğer bazı metallerde (Ti, A l, Pb, Zn, V, vb.) Ve alaşımları 0.14-20 K sıcaklık aralığında bulunur. Süper iletken durumdaki maddeler alışılmadık özelliklere sahiptir. İçlerinde bir kez heyecanlandığında, akım, mevcut bir kaynak olmadan uzun süre var olabilir. Süperiletken duruma geçiş, maddenin ısı kapasitesi, termal iletkenliği ve manyetik özelliklerinde ani bir değişiklik ile birlikte gelir. Dış manyetik alanın süper iletkenin kalınlığına nüfuz etmediği ortaya çıktı, yani. içindeki manyetik indüksiyon her zaman sıfırdır. Süperiletkenlik olgusu, kuantum teorisi temelinde açıklanır. Bugüne kadar, bu fenomen, yüksek sıcaklık süperiletkenliği fenomeninin mühendislik uygulamalarında oldukça ekonomik bir şekilde kullanılmasını mümkün kılan, kritik sıcaklığın nitrojen sıvılaştırma sıcaklığına ulaştığı bir dizi kompozit maddede (örneğin, metal ve dielektrik bileşiklerinde) bulunmuştur. Bu fenomen yaratmayı mümkün kılar: bu tür maddelerden teller yoluyla elektrik akımı kaybı olmayan iletim sistemleri, elektrik biriktirme sistemleri, güçlü elektromıknatıslar, çeşitli amaçlar için manyetik süspansiyonlar.

1.15 İş ve akımın gücü, Joule-Lenz yasası.

Dirençli R ve düşük voltajlı bir iletkende doğru akımla yapılan işi tanımlayalım. ... Akım, q yükünün alanın etkisi altındaki hareketi olduğundan, akımın işi formülle belirlenebilir. Formülü ve Ohm yasasını hesaba katarsak, veya veya veya burada t akımın akış zamanıdır. Eşitliğin her iki tarafını da t'ye bölerek için ifadeler elde ederiz. güç DC N

SI birimlerindeki akımın işi doulas (J) cinsinden ölçülür ve güç watt (W) cinsinden ölçülür. Uygulamada, mevcut işin sistemik olmayan birimleri de kullanılır: watt-saat (W × h) ve kilowatt-saat (kW × h). 1W × h - bir saat boyunca 1W akımla çalışma. 1W × h \u003d 3.6 × 10 3 J.

Deneyimler, akımın her zaman iletkenin biraz ısınmasına neden olduğunu göstermektedir. Isıtma, metal kafesin iyonları ile her çarpışmada iletken boyunca hareket eden elektronların kinetik enerjisinin (yani akımın enerjisinin) ısıya dönüşmesinden kaynaklanmaktadır.Akım sabit bir metal iletkenden geçerse, akımın tüm işi onu ısıtmak için harcanır ve, Enerjinin korunumu yasasını takiben kişi yazabilir ... Bu oranlar ifade eder joule-Lenz yasası... Bu yasa ilk olarak 1843'te D. Joule tarafından, 1844'te ise E. Lenz tarafından bağımsız olarak oluşturulmuştur. Teknolojide akımın termal etkisinin kullanımı, 1873 yılında Rus mühendis A. Ladygin'in keşfiyle başlamıştır akkor lambalar.

Bir dizi elektrikli cihaz ve tesis, akımın termal etkisine dayanmaktadır: termal elektrik ölçüm cihazları, elektrikli fırınlar, elektrikli kaynak ekipmanları, elektrikli ev ısıtma cihazları - su ısıtıcılar, kazanlar, ütüler. Gıda endüstrisinde, elektrikle temaslı ısıtma yöntemi yaygın olarak kullanılmaktadır; bu, belirli bir dirençle bir üründen geçen bir elektrik akımının, üniform bir şekilde ısınmasına neden olmasından oluşur. Örneğin, bir dağıtıcı aracılığıyla sosis üretimi için, kıyılmış et, uç duvarları elektrot görevi gören kalıplara girer. Bu tür bir işlem, ürünün tüm hacmi boyunca homojen bir ısıtma, belirli bir sıcaklık rejimini sürdürme yeteneği, ürünün en yüksek biyolojik değerini, en kısa işlem süresini ve enerji tüketimini sağlar.

Biz tanımlıyoruz akımın özgül termal gücüw, yani birim zamanda birim hacim başına salınan ısı miktarı. İletkende dS kesiti ve d uzunluğu olan bir temel silindirik hacim dV seçelim. l akımın yönüne ve direncine paralel. Joule-Lenz yasasına göre, dt süresi boyunca bu hacimde ısı açığa çıkacaktır. Sonra ve Ohm yasasını mevcut yoğunluk ve oran için kullanarak elde ederiz ... Bu oranlar ifade eder diferansiyel biçimde Joule-Lenz yasası.

1.16. Dallanmış elektrik devreleri için Kirchhoff kuralı.

Şimdiye kadar, bir kapalı dallanmamış devreden oluşan en basit elektrik devrelerini düşündük. Tüm bölümlerinde mevcut güçlü yönler aynıdır. Böyle bir zincirde I, R, e'nin hesaplanması Ohm yasaları kullanılarak gerçekleştirilir.

Daha karmaşık dallı elektrik devresiortak alanlara sahip birkaç kapalı konturdan oluşur. Her devrenin birkaç akım kaynağı olabilir. Kapalı döngünün münferit bölümlerindeki akımlar büyüklük ve yön bakımından farklı olabilir (Şekil 2.2). 1847'de G. Kirchhoff, dallı zincirlerin hesaplanmasını büyük ölçüde basitleştiren iki kural formüle etti.

Kirchhoff'un ilk kuralı: düğümdeki akımların cebirsel toplamı sıfıra eşittir: . Düğüm - en az üç iletkenin birleştiği devrenin noktası. Şekil 2.2'deki elektrik devresinde A ve B olmak üzere iki düğüm vardır. Düğüme giren akım pozitif, giden akım ise negatiftir. Örneğin, düğüm A için ilk Kirchhoff kuralı yazılmalıdır. .

İlk kural, devrenin herhangi bir noktasında görünemeyeceği veya kaybolamayacağı için elektrik yükünün korunumu yasasını ifade eder.

Kirchhoff'un ikinci kuralı dallanmış bir zincirde vurgulanan herhangi bir kapalı döngüyü ifade eder: kapalı döngünün tüm bölümlerindeki dahili olanlar da dahil olmak üzere akımların ve dirençlerin ürünlerinin cebirsel toplamı, bu döngüde meydana gelen elektromotor kuvvetlerin cebirsel toplamına eşittir. ... Yol, bir diyagramın üzerinde yürüyebileceğiniz ve başlangıç \u200b\u200bnoktasına dönebileceğiniz kapalı bir bölümüdür. İkinci Kirchhoff kuralı, dallanmış bir devrenin düğümünden düğümüne (düğümlerine) kadar tüm bölümler için yazılmış Ohm yasasından elde edilir. Şekil 2.2'deki elektrik devresinde üç devre vardır: AMNBA, CABDC, CMNDC. Bu durumda, kontur baypasının keyfi olarak seçilen yönüyle çakışan kontur dallarındaki akımlar pozitif, baypasa yönlendirilenler ise negatif kabul edilir. "+" Dan "-" 'ye geçen emf pozitif kabul edilir ve bunun tersi de geçerlidir. Söz konusu elektrik devresinde (Şekil 2.2), devreleri atlayarak saat yönünde seçiyoruz ve Kirchhoff'un II. Kuralı uyarınca denklemleri yazıyoruz: AMNBА için ; CABDC için; CMNDC için ... Bu örnekte, mevcut kaynakların iç dirençleri ihmal edilmiştir. Birinci ve ikinci Kirchhoff kuralları, parametreleri (I, R) bağlayan ve bazılarını bilerek diğerlerini bulmaya izin veren bir doğrusal cebirsel denklemler sistemi oluşturmanıza izin verir.

Basit elektrik devreleri büyük pratik öneme sahiptir. Günlük yaşamda, hoparlörleri veya döner tablayı bir stereo sisteme nasıl bağlayacağınızı, bir güvenlik alarmı veya araba kasetini nasıl bağlayacağınızı bilmek yararlıdır. döner tabla, pillerin nasıl şarj edileceği veya bir Noel ağacının nasıl aydınlatılacağı.

Çoğu elektrik devresi, seri veya paralel bağlı dirençlerin bir kombinasyonunu içerir (direnç, yalnızca direnci olan bir devre elemanıdır). Devrenin bir bölümünün toplam direnci, içinden geçen voltaj düşüşünün akımın büyüklüğüne oranıyla belirlenir. Seri olarak bağlandığında (Şekil 2.3 a), aynı akım tüm dirençlerden geçer. Paralel bağlantı ile (Şekil 2.3 b), toplam akım, bireysel dirençlerde akan akımların toplamına eşittir.

Seri bağlantı ile AB bölümü boyunca voltaj düşüşü yani üç direnç boyunca voltaj düşüşlerinin toplamı. Eşitliğin her iki tarafını da ben böleriz ve yani ... Bu nedenle, seri bağlı dirençlerden oluşan bir devrenin bir bölümünün toplam direnci, cebirsel toplamlarına eşittir. .

Paralel bağlantı ile (Şekil 2.3 b) sahibiz ... Eşitliğin her iki tarafını U'ya böleriz, burada U, AB devresinin bölümündeki voltaj düşüşüdür ve ve anlıyoruz ... Bu eşitlik ima eder ... Paralel bağlı dirençlerin empedansının tersi, ters dirençlerinin değerlerinin cebirsel toplamına eşittir. .

Ayarlanabilir (özel bir sürgü yardımı ile değişen) rezistans adı verilen reosta... Amaçlarına göre, reostalar, motor çalıştırma sırasında akım gücünü sınırlamaya yarayan ve kontrol edenleri - devredeki akımı ayarlamak (tiyatro salonlarında aydınlatmada kademeli bir azalma), elektrik motorlarının dönüş hızını ayarlamak, vb. Reostat, sözde olarak kullanılabilir yer değiştirme sensörü... Tanklarda sıvı seviyesinin otomatik regülatörlerinde şamandıralı reosta sensörü kullanılmaktadır. Reostat motoruna özel bir şamandıra takılmıştır. Sıvı seviyesindeki bir değişiklik şamandırayı kaydırır, reostatın direncini ve dolayısıyla değeri seviye hakkında bilgi veren devredeki akımı değiştirir.

1826'da Alman bilim adamı Georg Ohm keşfetti ve tanımladı
Bir devredeki bir iletkenin akım gücü, voltajı ve özellikleri gibi göstergeler arasındaki ilişki hakkında ampirik bir yasa. Daha sonra bilim adamının isminden sonra Ohm yasası olarak anılmaya başlandı.

Daha sonra bu özelliklerin, elektrikle temas sürecinde ortaya çıkan bir iletkenin direncinden başka bir şey olmadığı ortaya çıktı. Bu dış dirençtir (R). Akım kaynağının bir iç direnç (r) özelliği de vardır.

Ohm'un bir zincir bölümü yasası

Devrenin belirli bir bölümü için genelleştirilmiş Ohm yasasına göre, devrenin bölümündeki akım, bölümün uçlarındaki gerilim ile doğru orantılı ve direnç ile ters orantılıdır.

U bölümün uçlarının voltajı olduğunda, I akım gücü, R ise iletkenin direncidir.

Yukarıdaki formülü dikkate alarak basit matematiksel işlemler yaparak bilinmeyen U ve R değerlerini bulmak mümkündür.

Yukarıdaki formüller yalnızca ağ bir dirençle karşılaştığında geçerlidir.

Ohm kanunu kapalı devre

Tüm devrenin akım gücü, devrenin homojen ve homojen olmayan bölümlerinin dirençlerinin toplamına bölünen EMF'ye eşittir.

Kapalı bir ağın hem iç hem de dış dirençleri vardır. Bu nedenle ilişki formülleri farklı olacaktır.

E'nin elektromotor kuvvet (EMF) olduğu yerde, R, kaynağın dış direncidir, r, kaynağın iç direncidir.

Ohm kanunu devrenin tek tip olmayan bir bölümü için

Kapalı bir elektrik ağı, doğrusal ve doğrusal olmayan yapıya sahip bölümler içerir. Akım kaynağı olmayan ve dış etkilere bağlı olmayan alanlar doğrusaldır ve bir kaynak içeren alanlar doğrusal değildir.

Ohm'un homojen yapıdaki bir ağın bir bölümü için yasası yukarıda belirtilmiştir. Doğrusal olmayan bölüm yasası aşağıdaki gibi olacaktır:

Ben \u003d U / R \u003d f1 - f2 + E / R

F1 - f2, dikkate alınan ağ bölümünün uç noktalarındaki potansiyel farktır

R, devrenin doğrusal olmayan bölümünün toplam direncidir

Devrenin doğrusal olmayan bölümünün EMF'si sıfırdan büyük veya daha az olabilir. Kaynaktan gelen akımın elektrik şebekesindeki hareketiyle akımın hareket yönü çakışırsa, pozitif nitelikteki yüklerin hareketi hakim olacak ve EMF pozitif olacaktır. Yönler çakışırsa, EMF tarafından oluşturulan negatif yüklerin hareketi ağda artacaktır.

Ohm'un alternatif akım yasası

Ağda mevcut kapasitans veya atalet ile, akımın değiştiği eylemden dirençlerini verdikleri hesaplamalarda dikkate alınması gerekir.

Ohm'un alternatif akım kanunu şuna benzer:

burada Z, elektrik şebekesinin tüm uzunluğu boyunca dirençtir. Aynı zamanda empedans olarak da adlandırılır. Empedans, aktif ve reaktif yapıdaki dirençlerden oluşur.

Ohm yasası temel bir bilimsel yasa değil, yalnızca ampirik bir ilişkidir ve bazı durumlarda gözlemlenmeyebilir:

• Şebekenin yüksek bir frekansı olduğunda, elektromanyetik alan yüksek bir hızda değişir ve hesaplamalarda yük taşıyıcılarının ataleti dikkate alınmalıdır;
• Süperiletkenliğe sahip maddelerle düşük sıcaklık koşulları altında;
• Bir iletken geçen bir voltajla çok ısıtıldığında, akımın voltaja oranı değişken hale gelir ve genel kanuna karşılık gelmeyebilir;
• Yüksek gerilim iletkeni veya dielektrik altındayken;
• LED lambalarda;
• Yarı iletkenlerde ve yarı iletken cihazlarda.

Sırayla, Ohm yasasına uyan elemanlar ve iletkenler omik olarak adlandırılır.

Ohm yasası, bazı doğal fenomenler için bir açıklama sağlayabilir. Örneğin, yüksek voltajlı kablolar üzerinde oturan kuşlar gördüğümüzde, bir sorumuz var - neden üzerlerine elektrik akımı etki etmiyor? Açıklama oldukça basit. Tellerin üzerinde oturan kuşlar bir tür rehberdir. Gerilimin çoğu, kuşlar arasındaki boşluklara düşer ve "iletkenlere" düşen kısım onlar için tehlike oluşturmaz.

Ancak bu kural yalnızca tek bir kişiyle çalışır. Bir kuş gagası veya kanadı ile bir tele veya telgraf direğine dokunursa, bu alanların taşıdığı muazzam stres nedeniyle kaçınılmaz olarak ölür. Bu tür olaylar her yerde olur. Bu nedenle, güvenlik nedenleriyle, bazı yerleşim yerlerinde kuşları tehlikeli voltajdan korumak için özel cihazlar kurulur. Bu tür tünellerde kuşlar tamamen güvende.

Ohm Yasası da pratikte yaygın olarak uygulanmaktadır. Elektrik, sadece çıplak bir tele dokunarak insanlar için ölümcüldür. Ancak bazı durumlarda insan vücudunun direnci farklı olabilir.

Örneğin kuru ve sağlam cilt, elektriğe, terle kaplı bir yara veya cilde göre daha dirençlidir. Aşırı çalışma, sinirsel gerginlik ve sarhoşluk sonucunda, düşük voltajda bile, kişi güçlü bir elektrik çarpmasına maruz kalabilir.

Ortalama olarak, insan vücudunun direnci 700 ohm'dur, bu da 35 V'luk bir voltajın bir kişi için güvenli olduğu anlamına gelir.Yüksek voltajla çalışan uzmanlar kullanır.