Ohmov zakon za popolno vezje

V elektrotehniki obstajajo izrazi: odsek in polno vezje.

Stran se imenuje:

• del električnega tokokroga znotraj vira toka ali napetosti;

• celotno zunanje ali notranje vezje električnih elementov, povezanih z virom ali njegovim delom.

Izraz "celotno vezje" se uporablja za označevanje vezja z vsemi sestavljenimi vezji, vključno z:

• viri;

• uporabniki;

• povezovalne žice.

Takšne definicije pomagajo bolje krmariti po vezjih, razumeti njihove značilnosti, analizirati delo, iskati poškodbe in okvare. Vgrajeni so v Ohmov zakon, ki vam omogoča reševanje istih vprašanj za optimizacijo električnih procesov za človeške potrebe.

Temeljne raziskave Georga Simona Ohma veljajo za tako rekoč vse odsek vezja ali celotno shemo.

Kako deluje Ohmov zakon za celotno vezje enosmernega toka

Za primer vzemimo galvanski člen, ki ga popularno imenujemo baterija, s potencialno razliko U med anodo in katodo. Na sponke priključimo žarnico z žarilno nitko, ki ima preprost uporovni upor R.

Skozi žarilno nitko bo tekel tok I = U / R, ki nastane zaradi gibanja elektronov v kovini. Vezje, ki ga tvorijo žice baterije, povezovalne žice in žarnica, se nanaša na zunanji del vezja.

Tok bo tekel tudi v notranjem delu med elektrodama baterije. Njegovi nosilci bodo pozitivno in negativno nabiti ioni. Katoda bo privlačila elektrone, pozitivni ioni pa se bodo odbijali od nje do anode.

Tako se na katodi in anodi kopičijo pozitivni in negativni naboji, med njima pa nastane potencialna razlika.

Popolno gibanje ionov v elektrolitu je ovirano notranji upor baterijeoznačeno z «r». Omejuje izhodni tok zunanjega tokokroga in zmanjša njegovo moč na določeno vrednost.

V celotnem vezju tokokroga tok teče skozi notranji in zunanji tokokrog, pri čemer premaga skupni upor R + r obeh odsekov v seriji. Na njegovo vrednost vpliva sila, ki deluje na elektrode, kar imenujemo elektromotorna ali krajše EMF in jo označujemo z indeksom «E».

Njegovo vrednost lahko izmerimo z voltmetrom na sponkah akumulatorja brez obremenitve (brez zunanjega vezja). Ko je obremenitev priključena na istem mestu, voltmeter kaže napetost U. Z drugimi besedami: brez obremenitve na sponkah akumulatorja se U in E ujemata po velikosti, in ko tok teče skozi zunanji krog, U < E.

Sila E tvori gibanje električnih nabojev v celotnem krogu in določa njegovo vrednost I = E / (R + r).

Ta matematični izraz določa Ohmov zakon za celotno vezje enosmernega toka. Njegovo delovanje je podrobneje prikazano na desni strani slike.Kaže, da je celotno vezje sestavljeno iz dveh ločenih tokovnih tokokrogov.

Vidi se tudi, da se znotraj akumulatorja, tudi ko je obremenitev zunanjega tokokroga izklopljena, nabiti delci premikajo (samopraznilni tok) in zato pride do nepotrebne porabe kovine na katodi. Energija baterije se zaradi notranjega upora porablja za segrevanje in razpršuje v okolje, sčasoma pa preprosto izgine.

Praksa kaže, da zmanjšanje notranjega upora r s konstruktivnimi metodami ni ekonomsko upravičeno zaradi močno naraščajočih stroškov končnega izdelka in njegovega precej visokega samopraznjenja.

zaključki

Da bi ohranili učinkovitost baterije, jo je treba uporabljati samo za predvideni namen, pri čemer zunanji tokokrog priključite izključno za čas delovanja.

Večji kot je upor priključenega tovora, daljša je življenjska doba baterije. Zato ksenonske sijalke z žarilno nitko z nižjo porabo toka kot tiste z dušikom polnjene z enakim svetlobnim tokom zagotavljajo daljšo življenjsko dobo energentov.

Pri shranjevanju galvanskih elementov je treba z zanesljivo izolacijo izključiti prehod toka med kontakti zunanjega tokokroga.

V primeru, da zunanji upor tokokroga R baterije znatno presega notranjo vrednost r, se šteje za vir napetosti, in ko je izpolnjeno obratno razmerje, je vir toka.

Kako se Ohmov zakon uporablja za celotno vezje AC

AC električni sistemi so najpogostejši v elektroindustriji.V tej panogi dosegajo ogromne dolžine s prenosom električne energije po daljnovodih.

Z večanjem dolžine daljnovoda se povečuje njegov električni upor, kar ustvarja segrevanje žic in povečuje izgubo energije za prenos.

Poznavanje Ohmovega zakona je pomagalo energetikom zmanjšati nepotrebne stroške transporta električne energije. Za to so uporabili izračun komponente izgube moči v žicah.

Izračun temelji na vrednosti proizvedene delovne moči P = E ∙ I, ki jo je treba kakovostno prenesti na oddaljene porabnike in premagati skupni upor:

• notranji r pri generatorju;

• zunanji R žic.

Velikost EMF na sponkah generatorja je določena kot E = I ∙ (r + R).

Izguba moči Pp za premagovanje upora celotnega vezja bo izražena s formulo, prikazano na sliki.

Iz nje je razvidno, da se poraba električne energije povečuje sorazmerno z dolžino / uporom žic in jih je mogoče zmanjšati med transportom moči s povečanjem EMF generatorja ali omrežne napetosti. Ta metoda se uporablja z vključitvijo povečavnih transformatorjev v vezje na generatorskem koncu daljnovoda in padajočih transformatorjev na sprejemni točki električnih postaj.

Vendar je ta metoda omejena:

• zapletenost tehničnih naprav za preprečevanje pojava koronarnih izpustov;

• potreba po oddaljenosti in izolaciji daljnovodov od zemeljske površine;

• povečanje energije sevanja zračne linije v prostoru (pojav učinka antene).

Značilnosti delovanja Ohmovega zakona v tokokrogih sinusnega izmeničnega toka

Sodobni uporabniki industrijske visokonapetostne in domače trifazne / enofazne električne energije ustvarjajo ne le aktivne, ampak tudi reaktivne obremenitve z izrazitimi induktivnimi ali kapacitivnimi lastnostmi. Privedejo do faznega premika med vektorji uporabljenih napetosti in tokov, ki tečejo v vezju.

V tem primeru za matematični zapis časovnih nihanj harmonikov uporabite kompleksna oblikaza prostorsko predstavitev pa se uporablja vektorska grafika. Tok, ki se prenaša skozi električni vod, se zabeleži po formuli: I = U / Z.

Matematični zapis glavnih komponent Ohmovega zakona s kompleksnimi števili omogoča programiranje algoritmov elektronskih naprav, ki se uporabljajo za nadzor in upravljanje kompleksnih tehnoloških procesov, ki se nenehno pojavljajo v elektroenergetskem sistemu.

Poleg kompleksnih števil se uporablja diferencialna oblika zapisa vseh razmerij. Primeren je za analizo prevodnih lastnosti materialov.

Nekateri tehnični dejavniki lahko kršijo Ohmov zakon za celotno vezje. Vključujejo:

• visoke vibracijske frekvence, ko začne vplivati ​​gibalna količina nosilcev naboja. Nimajo časa, da bi se premikali s hitrostjo sprememb v elektromagnetnem polju;

• stanja superprevodnosti določenega razreda snovi pri nizkih temperaturah;

• povečano segrevanje trenutnih žic z električnim tokom. ko tokovno-napetostna karakteristika izgubi svoj linearni značaj;

• uničenje izolacijske plasti z visokonapetostno razelektritvijo;

• medij plinskih ali vakuumskih elektronskih cevi;

• polprevodniške naprave in elementi.