De wet van Ohm voor een compleet circuit

In de elektrotechniek zijn er termen: sectie en volledig circuit.

De website heet:

• onderdeel van een elektrisch circuit in een stroom- of spanningsbron;

• het gehele externe of interne circuit van elektrische elementen die zijn aangesloten op de bron of een deel ervan.

De term «compleet circuit» wordt gebruikt om te verwijzen naar een circuit met alle circuits geassembleerd, inclusief:

• bronnen;

• gebruikers;

• aansluitdraden.

Dergelijke definities helpen om beter door de circuits te navigeren, hun kenmerken te begrijpen, het werk te analyseren, te zoeken naar schade en storingen. Ze zijn ingebed in de wet van Ohm, waarmee u dezelfde vragen kunt oplossen om elektrische processen te optimaliseren voor menselijke behoeften.

Het fundamentele onderzoek van Georg Simon Ohm is van toepassing op vrijwel iedereen gedeelte van het circuit of het volledige schema.

Hoe de wet van Ohm werkt voor een compleet DC-circuit

Laten we bijvoorbeeld een galvanische cel nemen, die in de volksmond een batterij wordt genoemd, met een potentiaalverschil U tussen anode en kathode. We verbinden een gloeilamp met een gloeidraad aan de terminals, die een eenvoudige weerstandsweerstand R heeft.

Door de gloeidraad zal een stroom I = U / R ontstaan ​​door de beweging van elektronen in het metaal. Het circuit gevormd door de batterijdraden, verbindingsdraden en de lamp verwijst naar het externe deel van het circuit.

Er zal ook stroom vloeien in het interne gedeelte tussen de batterij-elektroden. De dragers zijn positief en negatief geladen ionen. Elektronen zullen worden aangetrokken door de kathode en positieve ionen zullen worden afgestoten naar de anode.

Op deze manier stapelen positieve en negatieve ladingen zich op de kathode en anode op en ontstaat er een potentiaalverschil tussen beide.

De volledige beweging van ionen in de elektrolyt wordt belemmerd interne weerstand van de batterijgemarkeerd met «r». Het beperkt de stroomoutput naar het externe circuit en verlaagt het vermogen tot een bepaalde waarde.

In het volledige circuit van het circuit stroomt de stroom door de binnenste en buitenste circuits, waarbij de totale weerstand R + r van de twee secties in serie wordt overwonnen. De waarde ervan wordt beïnvloed door de kracht die op de elektroden wordt uitgeoefend, die elektromotorisch of kortweg EMF wordt genoemd en wordt aangeduid met de index «E».

De waarde kan worden gemeten met een voltmeter aan de accupolen zonder belasting (geen extern circuit). Met een belasting aangesloten op dezelfde plaats, geeft de voltmeter de spanning U aan. Met andere woorden: zonder belasting op de accupolen komen U en E overeen in grootte, en wanneer de stroom door het externe circuit vloeit, U < E.

Kracht E vormt de beweging van elektrische ladingen in een compleet circuit en bepaalt de waarde ervan I = E / (R + r).

Deze wiskundige uitdrukking definieert de wet van Ohm voor een volledig DC-circuit. De actie wordt in meer detail geïllustreerd aan de rechterkant van de foto.Het laat zien dat het hele complete circuit uit twee afzonderlijke stroomcircuits bestaat.

Ook is te zien dat in de batterij, zelfs wanneer de externe circuitbelasting is uitgeschakeld, de geladen deeltjes bewegen (zelfontladingsstroom) en daardoor onnodig metaalverbruik aan de kathode optreedt. Batterij-energie wordt, als gevolg van interne weerstand, besteed aan verwarming en verspreiding in de omgeving, en na verloop van tijd verdwijnt het gewoon.

De praktijk leert dat het constructief verminderen van de inwendige weerstand r economisch niet verantwoord is vanwege de sterk stijgende kosten van het eindproduct en de vrij hoge zelfontlading.

conclusies

Om de efficiëntie van de batterij te behouden, mag deze alleen worden gebruikt voor het beoogde doel, waarbij het externe circuit uitsluitend wordt aangesloten voor de gebruiksperiode.

Hoe hoger de weerstand van de aangesloten belasting, hoe langer de levensduur van de batterij. Daarom zorgen xenonlampen met een gloeidraad met een lager stroomverbruik dan met stikstof gevulde lampen met dezelfde lichtstroom voor een langere levensduur van energiebronnen.

Bij het opslaan van galvanische elementen moet de doorgang van stroom tussen de contacten van het externe circuit worden uitgesloten door betrouwbare isolatie.

In het geval dat de weerstand van het externe circuit R van de batterij de interne waarde r aanzienlijk overschrijdt, wordt deze beschouwd als een spanningsbron en wanneer de omgekeerde relatie is vervuld, is het een stroombron.

Hoe de wet van Ohm wordt gebruikt voor een compleet AC-circuit

AC elektrische systemen zijn de meest voorkomende in de elektrische industrie.In deze industrie bereiken ze enorme lengtes door elektriciteit over hoogspanningslijnen te transporteren.

Naarmate de lengte van de transmissielijn toeneemt, neemt de elektrische weerstand toe, waardoor de draden opwarmen en het energieverlies voor transmissie toeneemt.

Kennis van de wet van Ohm hielp energietechnici om onnodige kosten voor het transporteren van elektriciteit te verminderen. Hiervoor gebruikten ze de berekening van de component van het vermogensverlies in de draden.

De berekening is gebaseerd op de waarde van het geproduceerde actieve vermogen P = E ∙ I, dat kwalitatief moet worden overgedragen aan verre verbruikers en de totale weerstand moet overwinnen:

• interne r bij generator;

• buitenste R van draden.

De grootte van de EMF bij de generatorterminals wordt bepaald als E = I ∙ (r + R).

Het vermogensverlies Pp om de weerstand van het volledige circuit te overwinnen, wordt uitgedrukt door de formule die in de afbeelding wordt weergegeven.

Hieruit blijkt dat het stroomverbruik evenredig toeneemt met de lengte / weerstand van de draden en het is mogelijk om ze tijdens het transport van stroom te verminderen door de EMF van de generator of de lijnspanning te verhogen. Deze methode wordt gebruikt door step-up transformatoren op te nemen in het circuit aan het generatoruiteinde van de hoogspanningslijn en step-down transformatoren op het ontvangstpunt van elektrische onderstations.

Deze methode is echter beperkt:

• de complexiteit van technische hulpmiddelen om het optreden van coronaire ontladingen tegen te gaan;

• de noodzaak om elektriciteitskabels op afstand te houden en te isoleren van het aardoppervlak;

• toename van de energie van luchtlijnstraling in de ruimte (het verschijnen van het antenne-effect).

Kenmerken van de werking van de wet van Ohm in sinusvormige wisselstroomcircuits

Moderne gebruikers van industriële hoogspanning en huishoudelijke driefasige / enkelfasige elektrische stroom creëren niet alleen actieve, maar ook reactieve belastingen met uitgesproken inductieve of capacitieve kenmerken. Ze leiden tot een faseverschuiving tussen de vectoren van de aangelegde spanningen en de stromen die in het circuit vloeien.

Gebruik in dit geval voor de wiskundige notatie van de tijdfluctuaties van de harmonischen complexe vormen vectorafbeeldingen worden gebruikt voor ruimtelijke weergave. De stroom die via de hoogspanningslijn wordt verzonden, wordt geregistreerd met de formule: I = U / Z.

De wiskundige notatie van de belangrijkste componenten van de wet van Ohm met complexe getallen maakt het mogelijk om de algoritmen te programmeren van elektronische apparaten die worden gebruikt voor het besturen en beheren van complexe technologische processen die constant in het energiesysteem plaatsvinden.

Samen met complexe getallen wordt de differentiële vorm van het schrijven van alle verhoudingen gebruikt. Het is handig voor het analyseren van de geleidende eigenschappen van materialen.

Sommige technische factoren kunnen de wet van Ohm overtreden voor een compleet circuit. Ze bevatten:

• hoge trillingsfrequenties wanneer het momentum van de ladingsdragers begint te beïnvloeden. Ze hebben geen tijd om mee te bewegen met het tempo van veranderingen in het elektromagnetische veld;

• toestanden van supergeleiding van een bepaalde klasse stoffen bij lage temperaturen;

• verhoogde verwarming van stroomdraden door elektrische stroom. wanneer de stroom-spanningskarakteristiek zijn lineaire karakter verliest;

• vernietiging van de isolatielaag door hoogspanningsontlading;

• medium van gas- of vacuümelektronenbuizen;

• halfgeleiderapparaten en -elementen.