Aplikace Ohmova zákona v praxi

Rád bych začal vysvětlovat princip fungování jednoho ze základních zákonů elektrotechniky alegorií — zobrazením malé karikatury 1 ze tří lidí s názvem „Napětí U“, „Odpor R“ a „Proud I“.

Ukazuje, že «Tok» se snaží prolézt kontrakcí v potrubí, které «Resistance» pilně utahuje. Současně «Napětí» vynaloží maximální možné úsilí na průchod, stiskněte «Proud».

Tato kresba je toho připomínkou elektřina Je uspořádaný pohyb nabitých částic v určitém prostředí. Jejich pohyb je možný pod vlivem aplikované vnější energie, která vytváří potenciálový rozdíl — napětí. Vnitřní síly vodičů a prvků obvodu snižují velikost proudu, brání jeho pohybu.

Uvažujme jednoduchý diagram 2, který vysvětluje fungování Ohmova zákona pro úsek stejnosměrného obvodu.

Jako zdroj napětí U používáme baterie, který v bodech A a B připojíme silnými a zároveň krátkými dráty k odporu R.Předpokládejme, že vodiče neovlivňují hodnotu proudu I rezistorem R.

Vzorec (1) vyjadřuje vztah mezi odporem (ohmy), napětím (volty) a proudem (ampéry). Říkají jí Ohmův zákon pro část obvodu… Kruh vzorce usnadňuje zapamatování a použití k vyjádření libovolného parametru U, R nebo I (U je nad pomlčkou a R a I jsou pod).

Pokud potřebujete určit jednu z nich, pak ji mentálně uzavřete a pracujte s dalšími dvěma a provádějte aritmetické operace. Když jsou hodnoty na jednom řádku, vynásobíme je. A pokud se nacházejí na různých úrovních, provádíme rozdělení horní na spodní.

Tyto vztahy jsou znázorněny ve vzorcích 2 a 3 na obrázku 3 níže.

V tomto zapojení se k měření proudu používá ampérmetr, který je zapojen do série se zátěží R a napětí je voltmetr zapojený paralelně k bodům 1 a 2 rezistoru. Vezmeme-li v úvahu konstrukční vlastnosti zařízení, řekněme, že ampérmetr neovlivňuje proud v obvodu a voltmetr neovlivňuje napětí.

Stanovení odporu Ohmovým zákonem

Pomocí odečtů zařízení (U = 12 V, I = 2,5 A) můžete použít vzorec 1 k určení hodnoty odporu R = 12 / 2,5 = 4,8 Ohm.

V praxi je tento princip zahrnut do provozu měřicích přístrojů - ohmmetrů, které zjišťují činný odpor různých elektrických zařízení.Protože mohou být konfigurovány pro měření různých rozsahů hodnot, jsou rozděleny na mikroohmy a miliohmy, které pracují s nízkým odporem, a tera-, hygo- a megaohmy- měřící velmi velké hodnoty.

Pro specifické pracovní podmínky se vyrábějí:

• přenosný;

• štít;

• laboratorní modely.

Princip činnosti ohmmetru

Magnetoelektrická zařízení se běžně používají k provádění měření, ačkoliv nedávno byla široce zavedena elektronická (analogová a digitální) zařízení.

Ohmmetr magnetoelektrického systému používá omezovač proudu R, který jím prochází pouze miliampéry a citlivou měřicí hlavu (miliampérmetr). Reaguje na tok malých proudů zařízením v důsledku interakce dvou elektromagnetických polí z permanentního magnetu N-S a pole vytvořeného proudem procházejícím vinutím cívky 1 s vodivou pružinou 2.

V důsledku interakce sil magnetických polí se šipka zařízení odchyluje od určitého úhlu. Stupnice na hlavě je okamžitě odstupňována v ohmech pro snadnější ovládání. V tomto případě se použije vyjádření proudového odporu podle vzorce 3.

Ohmmetr musí udržovat stabilní napájecí napětí z baterie, aby byla zajištěna přesná měření. Za tímto účelem se provádí kalibrace pomocí přídavného regulačního rezistoru R reg. S jeho pomocí se před začátkem měření omezí přívod přebytečného napětí ze zdroje do obvodu, nastaví se přísně stabilní, normalizovaná hodnota.

Stanovení napětí Ohmovým zákonem

Při práci s elektrickými obvody jsou chvíle, kdy je nutné určit úbytek napětí na prvku, například rezistoru, ale jeho odpor, který je obvykle vyznačen na krabici, a proud, který jím prochází, jsou známy. K tomu není třeba připojovat voltmetr, ale stačí použít výpočty podle vzorce 2.

V našem případě pro obrázek 3 provedeme výpočty: U = 2,5 4,8 = 12 V.

Stanovení proudu podle Ohmova zákona

Tento případ je popsán vzorcem 3. Slouží k výpočtu zatížení v elektrických obvodech, výběru průřezů vodičů, kabelů, pojistek nebo jističů.

V našem příkladu vypadá výpočet takto: I = 12 / 4,8 = 2,5 A.

Operace bypassu

Tato metoda v elektrotechnice se používá k deaktivaci provozu určitých prvků obvodu bez jejich demontáže. Chcete-li to provést, zkratujte vstupní a výstupní svorky (na obrázku 1 a 2) vodičem na nepotřebný odpor - odstraňte je.

V důsledku toho obvodový proud volí cestu menšího odporu bočníkem a prudce stoupá a napětí bočníkového prvku klesá na nulu.

Zkrat

Tento režim je speciálním případem bypassu a je obvykle znázorněn na výše uvedeném obrázku, když je zkrat instalován na výstupních svorkách zdroje. Když k tomu dojde, vznikají velmi nebezpečné vysoké proudy, které mohou způsobit úraz lidem a spálit nechráněná elektrická zařízení.

Ochrana slouží k potírání náhodných poruch v elektrické síti. Jsou nastaveny na taková nastavení, která neruší činnost obvodu v normálním režimu.Vypínají proud pouze v případě nouze.

Pokud například dítě omylem zapojí drát do domácí zásuvky, pak správně nakonfigurovaný automatický spínač na vstupní desce bytu téměř okamžitě vypne napájení.

Vše popsané výše se vztahuje k Ohmovu zákonu pro část stejnosměrného obvodu, nikoli na úplný obvod, kde může být mnohem více procesů. Musíme si představit, že je to jen malá část jeho uplatnění v elektrotechnice.

Vzorce identifikované slavným vědcem Georgem Simonem Ohmem mezi proudem, napětím a odporem jsou popsány různými způsoby v různých střídavých prostředích a obvodech: jednofázové a třífázové.

Zde jsou základní vzorce, které vyjadřují poměr elektrických parametrů v kovových vodičích.

Složitější vzorce pro provádění speciálních výpočtů Ohmova zákona v praxi.

Jak je vidět, výzkum geniálního vědce Georga Simona Ohma má velký význam i v dnešní době překotného rozvoje elektrotechniky a automatizace.