Ohmův zákon pro úplný obvod

V elektrotechnice existují pojmy: úsek a plný okruh.

Stránka se jmenuje:

• část elektrického obvodu uvnitř zdroje proudu nebo napětí;

• celý vnější nebo vnitřní obvod elektrických prvků připojených ke zdroji nebo jeho části.

Termín „úplný obvod“ se používá k označení obvodu se všemi sestavenými obvody, včetně:

• Zdroje;

• uživatelé;

• propojovací vodiče.

Takové definice pomáhají lépe se orientovat v obvodech, porozumět jejich charakteristikám, analyzovat práci, hledat poškození a poruchy. Jsou zakotveny v Ohmově zákoně, který umožňuje řešit stejné otázky pro optimalizaci elektrických procesů pro lidské potřeby.

Základní výzkum Georga Simona Ohma platí prakticky pro každého části okruhu nebo celé schéma.

Jak funguje Ohmův zákon pro úplný stejnosměrný obvod

Vezměme si například galvanický článek, kterému se lidově říká baterie, s potenciálním rozdílem U mezi anodou a katodou. Na její vývody připojíme žárovku s vláknem, které má jednoduchý odporový odpor R.

Vláknem bude protékat proud I = U / R vytvořený pohybem elektronů v kovu. Obvod tvořený vodiči baterie, propojovacími vodiči a žárovkou odkazuje na vnější část obvodu.

Proud bude protékat také vnitřní částí mezi elektrodami baterie. Jeho nosiči budou kladně a záporně nabité ionty. Elektrony budou přitahovány ke katodě a kladné ionty z ní budou odpuzovány k anodě.

Tímto způsobem se na katodě a anodě hromadí kladné a záporné náboje a vzniká mezi nimi potenciální rozdíl.

Je bráněno úplnému pohybu iontů v elektrolytu vnitřní odpor baterieoznačeno „r“. Omezuje proudový výstup do vnějšího obvodu a snižuje jeho výkon na určitou hodnotu.

V úplném obvodu obvodu proud protéká vnitřním a vnějším obvodem a překonává celkový odpor R + r dvou sekcí v sérii. Jeho hodnota je ovlivněna silou působící na elektrody, která se nazývá zkráceně elektromotorická nebo EMF a označuje se indexem «E».

Jeho hodnotu lze měřit voltmetrem na svorkách baterie bez zátěže (bez vnějšího obvodu). Při připojené zátěži na stejném místě ukazuje voltmetr napětí U. Jinými slovy: bez zátěže na svorkách baterie se U a E velikostně shodují, a když proud protéká vnějším obvodem, U < E.

Síla E tvoří pohyb elektrických nábojů v úplném obvodu a určuje její hodnotu I = E / (R + r).

Tento matematický výraz definuje Ohmův zákon pro úplný stejnosměrný obvod. Jeho působení je podrobněji znázorněno na pravé straně obrázku.Ukazuje, že celý kompletní obvod se skládá ze dvou samostatných proudových obvodů.

Je také vidět, že uvnitř baterie se i při vypnuté zátěži vnějšího obvodu pohybují nabité částice (samovybíjecí proud) a na katodě tedy dochází ke zbytečné spotřebě kovu. Energie baterie se kvůli vnitřnímu odporu spotřebuje zahřátím a rozptýlením do okolí a časem prostě zmizí.

Praxe ukazuje, že snižování vnitřního odporu r konstruktivními metodami není ekonomicky oprávněné vzhledem k prudce rostoucím nákladům na konečný výrobek a jeho poměrně vysokému samovybíjení.

závěry

Aby byla zachována účinnost baterie, měla by být používána pouze k účelu, ke kterému je určena, s připojením externího obvodu výhradně po dobu provozu.

Čím vyšší je odpor připojené zátěže, tím delší je životnost baterie. Delší životnost energetických zdrojů proto zajišťují xenonové výbojky s žhavicím vláknem s nižší spotřebou proudu než dusíkem plněné se stejným světelným tokem.

Při skladování galvanických prvků musí být spolehlivým oddělením vyloučen průchod proudu mezi kontakty vnějšího obvodu.

V případě, že odpor vnějšího obvodu R baterie výrazně převyšuje vnitřní hodnotu r, je považována za zdroj napětí a při splnění opačného vztahu se jedná o zdroj proudu.

Jak se Ohmův zákon používá pro úplný střídavý obvod

Střídavé elektrické systémy jsou nejběžnější v elektrotechnickém průmyslu.V tomto odvětví dosahují obrovských délek přepravou elektřiny po elektrickém vedení.

S rostoucí délkou přenosového vedení se zvyšuje jeho elektrický odpor, což vytváří zahřívání vodičů a zvyšuje ztrátu energie pro přenos.

Znalost Ohmova zákona pomohla energetikům snížit zbytečné náklady na dopravu elektřiny. Použili k tomu výpočet složky výkonové ztráty ve vodičích.

Výpočet je založen na hodnotě vyrobeného činného výkonu P = E ∙ I, který je nutné kvalitativně přenést na vzdálené spotřebiče a překonat celkový odpor:

• vnitřní r na generátoru;

• vnější R drátů.

Velikost EMF na svorkách generátoru je určena jako E = I ∙ (r + R).

Ztráta výkonu Pp k překonání odporu celého obvodu bude vyjádřena vzorcem uvedeným na obrázku.

Z něj je vidět, že spotřeba roste úměrně s délkou / odporem vodičů a je možné je snižovat při transportu výkonu zvýšením EMF generátoru nebo síťového napětí. Tato metoda se používá tak, že se do obvodu zapojují zvyšovací transformátory na konci elektrického vedení generátoru a snižovací transformátory v přijímacím bodě elektrických rozvoden.

Tato metoda je však omezená:

• složitost technických zařízení k potlačení výskytu koronárních výbojů;

• nutnost distancovat a izolovat elektrické vedení od zemského povrchu;

• zvýšení energie záření vzduchového vedení v prostoru (vznik anténního efektu).

Charakteristika činnosti Ohmova zákona v sinusových obvodech střídavého proudu

Moderní uživatelé průmyslového vysokého napětí a domácí třífázové / jednofázové elektrické energie vytvářejí nejen aktivní, ale i jalové zátěže s výraznými indukčními nebo kapacitními charakteristikami. Vedou k fázovému posunu mezi vektory aplikovaných napětí a proudů tekoucích v obvodu.

V tomto případě pro matematický zápis časových fluktuací harmonických použijte komplexní formaa vektorová grafika se používá pro prostorovou reprezentaci. Proud přenášený elektrickým vedením je zaznamenán podle vzorce: I = U / Z.

Matematický zápis hlavních složek Ohmova zákona s komplexními čísly umožňuje programování algoritmů elektronických zařízení používaných k řízení a řízení složitých technologických procesů neustále se vyskytujících v energetické soustavě.

Spolu s komplexními čísly se používá diferenciální forma zápisu všech poměrů. Je vhodný pro analýzu vodivých vlastností materiálů.

Některé technické faktory mohou porušovat Ohmův zákon pro kompletní obvod. Obsahují:

• vysoké vibrační frekvence, kdy začíná ovlivňovat hybnost nosičů náboje. Nemají čas pohybovat se s tempem změn v elektromagnetickém poli;

• stavy supravodivosti určité třídy látek při nízkých teplotách;

• zvýšené zahřívání proudových vodičů elektrickým proudem. když charakteristika proud-napětí ztrácí lineární charakter;

• zničení izolační vrstvy vysokonapěťovým výbojem;

• médium plynové nebo vakuové elektronky;

• polovodičová zařízení a prvky.