กฎข้อที่หนึ่งของโอห์มสำหรับวงจรที่สมบูรณ์ กฎของโอห์ม สำหรับวงจรและกระแส สูตร. แอปพลิเคชัน

นี่คือปริมาณน้ำในช่วงเวลาหนึ่ง

ทีนี้มาพิจารณากรณีดังกล่าวกัน แทนที่จะเป็นหอคอย เราจะมีเรือที่มีน้ำ ซึ่งจะมีการเจาะรูที่เหมือนกันสามรูที่ความสูงต่างกันของเรือ เนื่องจากภาชนะของเราเต็มไปด้วยน้ำ ดังนั้น แรงดันที่ด้านล่างของภาชนะจะมากกว่าที่พื้นผิว หรือเมื่อเปรียบเทียบกับไฟฟ้า แรงดันที่ด้านล่างจะมากกว่าที่พื้นผิวของมัน

อย่างที่คุณเห็น เครื่องบินเจ็ตด้านล่างซึ่งใกล้กับด้านล่างจะยิงไกลกว่าไอพ่นตรงกลาง และไอพ่นกลางก็ยิงได้ไกลกว่าลำบน โปรดทราบว่ารูมีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากันทุกที่ กล่าวคือเราสามารถพูดได้ว่าความต้านทานของแต่ละหลุมต่อน้ำนั้นเท่ากัน ในเวลาเดียวกัน ปริมาณน้ำที่ไหลออกจากรูต่ำสุดนั้นมากกว่าปริมาณน้ำที่ไหลออกจากรูตรงกลางและรูบนสุดมาก และปริมาณน้ำในบางครั้งคืออะไร? ใช่ นั่นคือพลัง!

แล้วเราเห็นรูปแบบอะไรที่นี่? เมื่อพิจารณาว่าแนวต้านเท่ากันทุกที่ ปรากฎว่า เมื่อแรงดันเพิ่มขึ้น กระแสก็เช่นกัน!

ฉันคิดว่าคุณแต่ละคนมี แปลงสวนที่คุณปลูกมันฝรั่ง แตงกวา และมะเขือเทศ มีหอเก็บน้ำอยู่ใกล้คุณเสมอ

อ่างเก็บน้ำมีไว้เพื่ออะไร? เพื่อควบคุมระดับการใช้น้ำรวมถึงสร้างแรงดันในท่อที่น้ำไหลผ่านสวนของคุณ คุณเคยสังเกตไหมว่ามีการสร้างหอคอยที่ไหนสักแห่งบนเนินเขา? มีไว้เพื่ออะไร? เพื่อสร้างแรงกดดัน สมมุติว่าแปลงสวนของคุณสูงกว่ายอดหอเก็บน้ำ ใช่น้ำจะไม่ถึงคุณ! ฟิสิกส์...กฎของการสื่อสารทางเรือ

โอเค ดูเหมือนว่าพวกเขาจะฟุ้งซ่าน

ทุกคนมีก๊อกน้ำในห้องครัวและห้องน้ำซึ่งมีน้ำไหลผ่าน คุณตัดสินใจที่จะล้างมือ ในการทำเช่นนี้คุณเปิดน้ำให้เต็มที่และเริ่มไหลในกระแสน้ำที่รุนแรงจากก๊อกน้ำ:

แต่คุณไม่พอใจกับการไหลของน้ำ ดังนั้นเมื่อหมุนที่จับสำหรับก๊อกน้ำ คุณจะลดการไหลลง:

เกิดอะไรขึ้นตอนนี้?

ด้วยการเปลี่ยนแรงต้านทานการไหลโดยใช้ที่จับของ faucet คุณมั่นใจได้ว่าการไหลของน้ำจะเริ่มไหลอย่างอ่อนมาก

ลองเปรียบเทียบสถานการณ์นี้กับกระแสไฟฟ้ากัน แล้วเรามีอะไร? เราไม่ได้เปลี่ยนแรงดันการไหล ที่ไหนสักแห่งในระยะไกลมีหอเก็บน้ำและสร้างแรงดันในท่อ ท้ายที่สุดเราไม่มีสิทธิ์แตะต้องอ่างเก็บน้ำ รื้อถอนน้อยกว่ามาก) ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าของเราจึงคงที่และไม่เปลี่ยนแปลง โดยการขันที่จับ faucet กลับ เราเพิ่งเปลี่ยนความต้านทานของท่อที่ใช้ทำ faucet นั้น ;-) เราได้เพิ่มความต้านทาน แล้วเราได้อะไรกับการไหลของน้ำ? เธอเริ่มวิ่งช้าลงและมีเธอน้อยลง! นั่นคือเราสามารถพูดได้ว่าจำนวนโมเลกุลของน้ำในบางครั้งด้วย faucet ที่เปิดเต็มที่และปิดครึ่งนั้นแตกต่างกัน ;-) มาเถอะ มาระลึกว่าปัจจุบันความแรงคืออะไร ;-) ใครลืม ให้ฉันเตือนคุณ - คือ จำนวนอิเล็กตรอนที่ไหลผ่านหน้าตัดของตัวนำในช่วงระยะเวลาหนึ่ง. และเกิดอะไรขึ้นกับเราด้วยความแข็งแกร่งในปัจจุบันนี้? เธอได้หดตัว!

เราสรุป:

เมื่อความต้านทานเพิ่มขึ้น กระแสจะลดลง

ดังนั้น. เรามีโครงการน้ำประปาดังต่อไปนี้:

ลองนึกภาพว่าคุณกำลังรดน้ำสวนและคุณ ใช้เวลา 10 นาทีในการเติมน้ำในถังจากท่อ. ไม่ใช่วินาทีก่อนหน้านี้และไม่ช้า! ในสวนของคุณ กระแสน้ำไหลดังนี้:

สมมุติว่าเรามีสายยางธรรมดามาจากอ่างเก็บน้ำเพื่อนบ้านจอดรถโดยบังเอิญบนท่อยางและบดขยี้เล็กน้อย

ปริมาณน้ำของคุณเริ่มลดลง ไปเถียงกับเพื่อนบ้านของคุณ? เขาออกไปทำธุรกิจแล้ว และคุณจะไม่มีเวลาเติมถังใน 10 นาที จะใช้เวลามากขึ้น จะเป็นอย่างไร? ทำไมเราไม่เปิดก๊อกน้ำหน้าหอคอยให้ใหญ่ขึ้นอีกหน่อยล่ะ? และนี่เป็นความคิดที่ดี! เราเปิดก๊อกน้ำให้เต็มที่และตรวจดูให้แน่ใจว่าระดับน้ำในหอคอยสูงกว่าที่เคยเป็นมา (แม้ว่าหอคอยจะมีการป้องกันน้ำล้นในระดับสูงสุด แต่ยกตัวอย่างเช่น ให้ข้ามช่วงเวลานี้ไป)

แต่ปัญหาไม่ได้มาคนเดียว รีเลย์ควบคุมปั๊มน้ำบนหอแตก! ปั้มน้ำไม่ดับ! หอคอยล้นและการไหลของน้ำจากท่อก็ใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ ทุกวินาที! จะทำอย่างไร? เราจะล้นถังของเราในเวลาที่กำหนด! ใจเย็น ๆ. มีทางออก! ในการทำเช่นนี้ เราวิ่งและปิด faucet เล็กน้อยเพื่อให้แน่ใจว่าการไหลของน้ำจากท่อจะไหลเหมือนเดิม ;-)

ทีนี้มาวาดความคล้ายคลึงกัน

แล้วเราจะได้อะไร? เพื่อนบ้านขยี้ท่อ ซึ่งหมายความว่า เพิ่มความต้านทาน. ดังนั้นความแข็งแกร่งในปัจจุบันจึงเล็กลง ในการคืนค่ากระแสไฟ เราได้เพิ่มแรงดันไฟฟ้า นั่นคือ ระดับน้ำในหอคอย

จุดที่สอง:

ระดับน้ำ (แรงดัน) ที่หอเก็บน้ำเริ่มเพิ่มขึ้นเนื่องจากปั๊มไม่ปิดและสูบน้ำตลอดเวลา ดังนั้นการไหลของน้ำ (กระแสน้ำแรง) ก็เริ่มที่จะเติบโตในประเทศของเรา เพื่อทำให้กระแสปัจจุบันเท่ากัน เรา เพิ่มความต้านทาน faucet ;-) ซึ่งจะทำให้ระดับน้ำในหอคอยเป็นปกติ (แรงดัน)

คุณเห็นรูปแบบหรือไม่? แต่นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อ Georg Ohm ได้เชื่อมโยงปริมาณทั้งสามนี้เข้าด้วยกัน และได้รับสูตรง่ายๆ ที่เจ็บปวด:

ที่ไหน

ฉัน- นี่คือความแรงของกระแสที่แสดงเป็นแอมป์ (A)

ยู- แรงดันไฟแสดงเป็นโวลต์ (V)

R- ความต้านทานแสดงเป็นโอห์ม (โอห์ม)

ก็เหมือนกับสองกับสองไม่ใช่เหรอ? กฎหมายนี้มีชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่ผู้ค้นพบและเรียกว่า กฎของโอห์ม. นี่เป็นกฎหมายที่สำคัญที่สุดในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ดังนั้นคุณต้องรู้

สวัสดีผู้อ่านที่รักเว็บไซต์ "Electrician's Notes" ..

วันนี้ผมเปิดนะครับ ส่วนใหม่บนเว็บไซต์ที่เรียกว่า.

ในส่วนนี้ ฉันจะพยายามอธิบายให้คุณทราบถึงปัญหาด้านวิศวกรรมไฟฟ้าด้วยวิธีที่ชัดเจนและเรียบง่าย ฉันจะบอกทันทีว่าเราจะไม่ลงลึกในความรู้เชิงทฤษฎี แต่เราจะทำความคุ้นเคยกับพื้นฐานตามลำดับที่เพียงพอ

อย่างแรกที่อยากแนะนำคือกฎของโอห์มสำหรับภาคลูกโซ่ นี่เป็นกฎหมายพื้นฐานที่สุดที่ทุกคนควรรู้

ความรู้เกี่ยวกับกฎหมายนี้จะช่วยให้เราสามารถกำหนดค่าความแรงของกระแส แรงดัน (ความต่างศักย์) และความต้านทานในส่วนของวงจรได้อย่างอิสระและแม่นยำ

โอมคือใคร? เกร็ดประวัติศาสตร์

กฎของโอห์มถูกค้นพบโดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อ Georg Simon Ohm ในปี 1826 นี่คือสิ่งที่เขามอง

ฉันจะไม่บอกชีวประวัติทั้งหมดของ Georg Ohm ให้คุณฟัง คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ได้จากแหล่งข้อมูลอื่นๆ

ฉันจะพูดแต่สิ่งที่สำคัญที่สุด

กฎพื้นฐานที่สุดของวิศวกรรมไฟฟ้าตั้งชื่อตามเขา ซึ่งเราใช้อย่างแข็งขันในการคำนวณที่ซับซ้อนในการออกแบบ ในการผลิต และในชีวิตประจำวัน

กฎของโอห์มสำหรับส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันของวงจรมีดังนี้:

ผม - ค่าของกระแสที่ไหลผ่านส่วนของวงจร (วัดเป็นแอมแปร์)

U - ค่าแรงดันในส่วนวงจร (วัดเป็นโวลต์)

R คือค่าความต้านทานของส่วนวงจร (วัดเป็นโอห์ม)

หากอธิบายสูตรเป็นคำพูด ปรากฎว่าความแรงของกระแสเป็นสัดส่วนกับแรงดันและแปรผกผันกับความต้านทานของส่วนวงจร

มาทำการทดลองกันเถอะ

เพื่อให้เข้าใจสูตรไม่ใช่ในคำพูด แต่ในการกระทำจำเป็นต้องรวบรวมรูปแบบต่อไปนี้:

บทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อแสดงวิธีการใช้กฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจรด้วยสายตา ดังนั้นฉันจึงประกอบวงจรนี้ที่แท่นทำงานของฉัน ดูด้านล่างสำหรับสิ่งที่ดูเหมือน

โดยใช้ปุ่มควบคุม (ตัวเลือก) คุณสามารถเลือกแรงดันคงที่หรือ แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่ทางออก ในกรณีของเราจะใช้แรงดันคงที่ ฉันเปลี่ยนระดับแรงดันไฟฟ้าโดยใช้เครื่องเปลี่ยนรูปแบบอัตโนมัติในห้องปฏิบัติการ (LATR)

ในการทดลองของเรา ฉันจะใช้แรงดันไฟฟ้าในส่วนวงจร เท่ากับ 220 (V) ตรวจสอบแรงดันไฟขาออกด้วยโวลต์มิเตอร์

ตอนนี้เราพร้อมเต็มที่ที่จะทำการทดลองด้วยตัวเองและตรวจสอบกฎของโอห์มในความเป็นจริง

ฉันจะให้ 3 ตัวอย่างด้านล่าง ในแต่ละตัวอย่าง เราจะกำหนดค่าที่ต้องการด้วย 2 วิธี: ใช้สูตรและในทางปฏิบัติ

ตัวอย่าง #1

ในตัวอย่างแรก เราต้องหากระแส (I) ในวงจร โดยรู้ค่าของแหล่งจ่ายแรงดัน DC และค่าความต้านทาน หลอดไฟ LED.

แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายแรงดันไฟตรงคือ ยู = 220 (V). ความต้านทานของหลอด LED คือ R = 40740 (โอห์ม).

ใช้สูตรหากระแสในวงจรได้ดังนี้

ฉัน \u003d U / R \u003d 220 / 40740 \u003d 0.0054 (A)

เราเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับหลอดไฟ LED เปิดในโหมดแอมป์มิเตอร์และวัดกระแสในวงจร

จอแสดงผลมัลติมิเตอร์แสดงกระแสของวงจร ค่าของมันคือ 5.4 (mA) หรือ 0.0054 (A) ซึ่งสอดคล้องกับกระแสที่พบโดยสูตร

ตัวอย่าง #2

ในตัวอย่างที่สอง เราต้องหาแรงดันไฟฟ้า (U) ของส่วนวงจร โดยทราบปริมาณกระแสในวงจรและค่าความต้านทานของหลอดไฟ LED

ผม = 0.0054 (A)

R = 40740 (โอห์ม)

ใช้สูตรหาแรงดันของส่วนวงจร:

U \u003d I * R \u003d 0.0054 * 40740 \u003d 219.9 (V) \u003d 220 (V)

และตอนนี้เรามาดูผลลัพธ์ที่ได้ในทางปฏิบัติกันดีกว่า

เราเชื่อมต่อมัลติมิเตอร์แบบขนานกับหลอดไฟ LED เปิดในโหมดโวลต์มิเตอร์และวัดแรงดันไฟฟ้า

จอแสดงผลมัลติมิเตอร์แสดงค่าของแรงดันไฟที่วัดได้ ค่าของมันคือ 220 (V) ซึ่งสอดคล้องกับแรงดันไฟฟ้าที่พบโดยใช้สูตรกฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจร

ตัวอย่าง #3

ในตัวอย่างที่สาม เราต้องหาค่าความต้านทาน (R) ของส่วนวงจร โดยรู้ปริมาณกระแสในวงจรและแรงดันของส่วนวงจร

ผม = 0.0054 (A)

ยู = 220 (V)

อีกครั้งเราใช้สูตรและค้นหาความต้านทานของส่วนวงจร:

R = คุณ/ฉัน \u003d 220 / 0.0054 \u003d 40740.7 (โอห์ม)

และตอนนี้เรามาดูผลลัพธ์ที่ได้ในทางปฏิบัติกันดีกว่า

เราวัดความต้านทานของหลอดไฟ LED ด้วยมัลติมิเตอร์

ค่าที่ได้คือ R = 40740 (โอห์ม)ซึ่งสอดคล้องกับค่าความต้านทานที่พบในสูตร

จำกฎของโอห์ม ในส่วนของวงจร ง่ายแค่ไหน!!!

เพื่อไม่ให้สับสนและจำสูตรได้ง่าย คุณสามารถใช้คำใบ้เล็กๆ น้อยๆ ที่ทำเองได้

วาดรูปสามเหลี่ยมแล้วป้อนพารามิเตอร์ลงไป วงจรไฟฟ้าตามรูปด้านล่าง คุณควรจะได้แบบนี้

วิธีการใช้งาน?

การใช้สามเหลี่ยมคำใบ้นั้นง่ายและสะดวกมาก ปิดด้วยนิ้วของคุณ พารามิเตอร์วงจรที่คุณต้องการค้นหา

หากพารามิเตอร์ที่เหลืออยู่บนสามเหลี่ยมอยู่ในระดับเดียวกัน จะต้องคูณพารามิเตอร์เหล่านั้น

หากพารามิเตอร์ที่เหลืออยู่บนสามเหลี่ยมอยู่บน ระดับต่างๆจากนั้นจึงจำเป็นต้องแบ่งพารามิเตอร์บนด้วยค่าที่ต่ำกว่า

ด้วยความช่วยเหลือของสามเหลี่ยมคำใบ้คุณจะไม่สับสนในสูตร แต่จะดีกว่าถ้าเรียนรู้ทั้งหมดเหมือนกัน เช่น ตารางสูตรคูณ

ข้อสรุป

ในตอนท้ายของบทความฉันจะสรุป

กระแสไฟฟ้าคือการไหลของอิเล็กตรอนโดยตรงจากจุด B ที่มีศักยภาพลบไปยังจุด A ที่มีศักย์บวก และยิ่งความต่างศักย์ระหว่างจุดเหล่านี้สูงขึ้นเท่าใดอิเล็กตรอนก็จะยิ่งเคลื่อนที่จากจุด B ไปยังจุด A นั่นคือ กระแสในวงจรจะเพิ่มขึ้น โดยที่ความต้านทานของวงจรยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

แต่ความต้านทานของหลอดไฟขัดต่อกระแส กระแสไฟฟ้า. และยิ่งมีความต้านทานในวงจรมากขึ้น ( การเชื่อมต่อแบบอนุกรมหลอดไฟหลายหลอด) กระแสไฟที่น้อยกว่าจะอยู่ในวงจรโดยมีแรงดันไฟหลักคงที่

ป.ล. บนอินเทอร์เน็ตฉันพบการ์ตูนตลก แต่อธิบายได้ในหัวข้อกฎของโอห์มสำหรับส่วนหนึ่งของวงจร

ความสัมพันธ์ระหว่างความแรงของกระแสที่ส่วนวงจรและแรงดันที่ส่วนท้ายของส่วนนี้ยังถูกกำหนดโดย G. Ohm และเรียกว่า กฎของโอห์มสำหรับส่วนวงจร. ความแรงของกระแสในส่วนวงจรสัดส่วนกับแรงดันไฟฟ้าที่ส่วนท้ายของส่วน:

ฉัน= ส ยู.

ปริมาณทางกายภาพ ส่วนกลับของ s

แสดงว่าส่วนต้านทานการไหลของกระแสได้ดีเพียงใด และมีค่าเท่ากับ ความต้านทานไฟฟ้าของส่วนวงจรแนะนำเมื่ออธิบายวงจรปิด

กฎของโอห์มมักเขียนเป็น

ฉัน = ยู/R.

หน่วย ความต้านทานไฟฟ้าใน SI คือ โอห์ม (โอห์ม)

ทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุบวกถูกใช้เป็นทิศทางของกระแสในทฤษฎีวงจรไฟฟ้า ดังนั้นในตัวนำโลหะ ทิศทางของกระแสจึงอยู่ตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าซึ่งเคลื่อนที่ผ่านโลหะจริง

การเชื่อมต่อแบบอนุกรมและแบบขนานขององค์ประกอบวงจรไฟฟ้า

กระแสไฟฟ้าไหลในระบบจริงผ่านองค์ประกอบที่เชื่อมต่อกันในรูปแบบต่างๆ

รูปที่ 7 แสดงวงจรที่ประกอบด้วยแหล่งจ่ายกระแส แอมมิเตอร์ แต่, ตัวต้านทาน Rและที่สำคัญ ถึงซึ่งทำให้วงจรสมบูรณ์

วิธีการเชื่อมต่อองค์ประกอบของวงจรไฟฟ้า (เอาต์พุตขององค์ประกอบก่อนหน้าเชื่อมต่อกับอินพุตของอันถัดไป) เรียกว่า สม่ำเสมอ. ในนั้นประจุที่ไหลผ่านองค์ประกอบวงจรหนึ่งก็ไหลผ่านอีกองค์ประกอบหนึ่งดังนั้นความแรงของกระแสในองค์ประกอบวงจรที่เชื่อมต่อแต่ละชุดจะเท่ากัน:

ฉัน = IR = IK = IA = ฉัน.

กระแสถูกวัดด้วยแอมมิเตอร์ ซึ่งต่อแบบอนุกรมกับวงจรเสมอ

อีกวิธีในการเชื่อมต่อองค์ประกอบของวงจรไฟฟ้าเป็นแบบขนานซึ่งอินพุตทั้งหมดหรือขั้วขององค์ประกอบเชื่อมต่อกันที่จุด แต่และวันหยุดสุดสัปดาห์อยู่ที่จุด ที่(รูปที่ 8)

เมื่อเข้าใกล้ส่วนของห่วงโซ่ที่มีการเชื่อมต่อขององค์ประกอบดังกล่าวประจุจะกระจายไปทั่ว ค่าของความแข็งแกร่งปัจจุบันก่อนแตกแขนงเท่ากับผลรวมของค่าความแข็งแกร่งปัจจุบันในองค์ประกอบ:

ฉัน = ฉัน 1 + ฉัน 2 +…+ ใน.

หากกระแสไฟขนาดเล็กไหลผ่านโวลต์มิเตอร์ซึ่งแตกแขนงออกจากวงจรหลัก (มีความต้านทานภายในมาก) ดังนั้นโวลต์มิเตอร์จะบิดเบือนการทำงานของวงจรน้อยมาก การอ่านค่าโวลต์มิเตอร์ในกรณีนี้มีดังนี้: ยูวี = IV อาร์วี.

โวลต์มิเตอร์ในอุดมคติคือโวลต์มิเตอร์ที่มีความต้านทานไม่จำกัด ในขณะที่แอมมิเตอร์ในอุดมคติคือแอมมิเตอร์ที่มีความต้านทานภายในเป็นศูนย์

คุณลักษณะของการเชื่อมต่อแบบขนานขององค์ประกอบคือความเท่าเทียมกันของแรงดันไฟฟ้าข้ามองค์ประกอบเนื่องจากองค์ประกอบทั้งหมด

ยู= เจ อา– j บี.

ถ้าส่วนของวงจรประกอบด้วยตัวต้านทานหลายตัวต่อแบบอนุกรม กระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทานทั้งหมดจะเท่ากัน แรงดันตกคร่อมแต่ละตัวจะเท่ากับ IR 1, IR 2 ฯลฯ แรงดันไฟฟ้าที่ส่วนท้ายของส่วน

ยู = IR 1 + IR 2 + …,

ดังนั้นปัจจุบัน ฉันในวงจรภายนอกส่วนนี้จะไม่เปลี่ยนแปลงหากส่วนนี้ถูกแทนที่ด้วยตัวต้านทานตัวเดียว

Rรวม = R 1 + R 2 + … + Rn.

ถ้าเป็นส่วนหนึ่งของวงจรที่มีแรงดัน ยูที่ปลายประกอบด้วยตัวต้านทานหลายตัวที่เชื่อมต่อแบบขนาน ดังนั้นความแรงของกระแสในตัวต้านทานแต่ละตัวจึงเป็นเช่นนั้น

ฉัน 1R 1 = ฉัน 2R 2 = … = ยู,

ฉัน = ฉัน 1 + ฉัน 2 + …

ดังนั้นหากส่วนนี้ถูกแทนที่ด้วยตัวต้านทานหนึ่งตัวที่มีความต้านทาน

,

จากนั้นกระแสในวงจรภายนอกในส่วนนี้ของวงจรจะไม่เปลี่ยนแปลง

การคำนวณกระแสและแรงดันในส่วนต่างๆ ของวงจร

ในวงจรไฟฟ้าที่มีการเชื่อมต่อองค์ประกอบตามอำเภอใจ (รูปที่ 9) มีความจำเป็น:

1. เลือกส่วนที่เชื่อมต่อองค์ประกอบทั้งแบบอนุกรมหรือแบบขนาน

2. เปลี่ยนตัวต้านทานในส่วนเหล่านี้ด้วยตัวต้านทานตัวเดียว คือ ค่าความต้านทานรวม Rทั้งหมดจะไม่เปลี่ยนความแรงของกระแสในส่วนที่เหลือของวงจร

3. ทำซ้ำขั้นตอนเหล่านี้อีกครั้งหากห่วงโซ่ที่สร้างขึ้นใหม่จะมีส่วนที่มีซีเรียลหรือ การเชื่อมต่อแบบขนานองค์ประกอบ เป็นผลให้วงจรควรจะเทียบเท่ากับวงจรที่มีตัวต้านทานตัวเดียวที่เชื่อมต่อกับแหล่งกระแส

หากไม่มีส่วนใดในวงจรที่เชื่อมต่ออย่างชัดเจนเป็นอนุกรมหรือขนานกันอย่างชัดเจน ควรพิจารณารูปแบบทั่วไปต่อไปนี้:

1. ผลรวมของความแรงของกระแสที่เข้าสู่โหนดของวงจร (ตามกิ่งต่างๆ ของวงจร) เท่ากับผลรวมของจุดแข็งของกระแสที่ออกจากโหนด

2. หากองค์ประกอบบางอย่างก่อตัวเป็นวงจรปิดที่ไม่มีแหล่งกำเนิดกระแสและกำหนดทิศทางของกระแสไฟฟ้าในส่วนนั้น เมื่อข้ามวงจร ผลรวมของผลิตภัณฑ์ของกระแสและความต้านทานของแต่ละส่วน (โดยคำนึงถึงทิศทางของกระแสน้ำ) เท่ากับศูนย์ ตัวอย่างเช่น สำหรับพื้นที่ เอบีซีดี(รูปที่ 10)

0 = (เจ อา– j บี) + (เจ บี– j ค) + (เจ ค– j ดี) + (เจ ดี– j อา) = ฉัน 1R 1 – ฉัน 2R 2 + ฉัน 3R 3 + ฉัน 4R 4.

3. ถ้าส่วนของวงจรทราบทิศทางของกระแสไฟฟ้า ฉันมีแหล่งจ่ายกระแสไฟ ดังนั้นควรแบ่งส่วนนี้ออกเป็นสองส่วน: ส่วนหนึ่งควรมีแหล่งกระแสที่ไม่มีความต้านทานภายใน และอีกส่วนมีตัวต้านทาน Rซึ่งเท่ากับความต้านทานภายในของแหล่งกระแส จากนั้นความต่างศักย์ของตัวแรกจะเท่ากับค่าสัมบูรณ์ แหล่ง EMFปัจจุบัน และวินาที ความต่างศักย์เท่ากับ ไอร์(อาจใช้ข้อ 2) เครื่องหมายของความต่างศักย์ไฟฟ้าถูกเลือกโดยพิจารณาจากข้อเท็จจริงที่ว่าศักยภาพของขั้วบวกของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้านั้นสูงกว่า และศักย์ข้ามตัวต้านทานจะสูงกว่าเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลออก ตัวอย่างเช่น ในส่วนของโซ่ที่ด้านบนของรูปที่ 11

J1 – j3 = (j1 – j2) + (j2 – j3) = ไอร์ – ,

และในส่วนของลูกโซ่ที่ด้านล่างของรูปที่ 11

J1 – j3 = (j1 – j2) + (j2 – j3) = – ไอร์ – .

ดังนั้น แรงดันไฟฟ้าที่วัดโดยโวลต์มิเตอร์ในอุดมคติที่ขั้วของแหล่งจ่ายกระแสคือ ยู= ถ้าความต้านทานภายในของแหล่งจ่ายกระแสเป็นศูนย์ (รูปที่ 12, อา). ในการใช้งานปกติ เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลจากขั้ว (+) ไปยังขั้ว (-) โดยวงจรภายนอก, แรงดันไฟฟ้า ยู = – ไอร์(รูปที่ 12, บี). หากแหล่งสัญญาณปัจจุบันเป็นการชาร์จแบตเตอรี่จากแหล่งจ่ายกระแสไฟอื่น (รูปที่ 12, ที่) เพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลจากขั้ว (+) ไปยังขั้ว (-) ภายในแหล่งปัจจุบัน, แล้ว ยู = + ไอร์.

เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของแหล่งจ่ายกระแสคงที่ แหล่งกระแสจะเรียกว่า แหล่งจ่ายแรงดัน.

4. หากไม่ทราบทิศทางของกระแสไฟฟ้าในวงจรคุณควรเลือกทิศทางโดยพลการ

การใช้คุณสมบัติของวงจรไฟฟ้าอย่างถูกต้องจะนำไปสู่ระบบสมการ ซึ่งคำตอบจะเป็นตัวกำหนดขนาดและทิศทางของกระแสไฟฟ้า หากความแรงของกระแสกลายเป็นลบ ดังนั้น ในส่วนของวงจรนี้ กระแสไฟฟ้าจะไหลไปในทิศทางตรงกันข้ามกับที่เลือกไว้ตั้งแต่แรก

การวัดความต้านทานตัวนำ: R = U / I → 1 Ohm = 1 V / 1 A.

ความต้านทานไฟฟ้า (R) - คุณสมบัติของวงจรไฟฟ้า (ตัวนำ) เพื่อต้านทานกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านวัดได้ที่ แรงดันคงที่ที่จุดสิ้นสุดโดยอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้านี้ต่อความแรงของกระแส

ลักษณะของความต้านทานไฟฟ้าตามแนวคิดทางอิเล็กทรอนิกส์เกี่ยวกับโครงสร้างของสสาร: "การสูญเสีย" ของการเคลื่อนที่ตามคำสั่งของอนุภาคที่มีประจุอิสระในตัวนำในระหว่างการมีปฏิสัมพันธ์กับไอออนของตาข่ายคริสตัล

การพึ่งพาความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำตามความยาว (รีโอสแตต) ส่วนตัดขวางและวัสดุ ความต้านทานของวัสดุตัวนำ: .

คำถาม: เหตุใดความต้านทานของตัวนำจึงขึ้นอยู่กับความยาว พื้นที่หน้าตัด และวัสดุของตัวนำ

สำหรับลวด = การนำไฟฟ้าอยู่ที่ไหน

- (กฎของโอห์มในรูปแบบดิฟเฟอเรนเชียล) - กำหนดความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณสำหรับแต่ละจุดของตัวนำ

การสาธิตการพึ่งพาความต้านทานของตัวนำที่อุณหภูมิ (ความร้อนต่ำ) ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน

ข้อจำกัดของการบังคับใช้กฎของโอห์ม

IV. งาน:

1. กำหนด ค่าไฟฟ้าผ่านหน้าตัดของตัวนำที่มีความต้านทาน 3 โอห์มโดยมีแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอที่ปลายตัวนำจาก 2 V เป็น 4 V เป็นเวลา 20 วินาที

2. กำหนดพื้นที่หน้าตัดและความยาวของตัวนำอะลูมิเนียม ถ้าความต้านทานของมันคือ 0.1 โอห์ม และมวลคือ 54 กรัม

คำถาม:

1. อธิบายว่าเหตุใดความต้านทานของเส้นลวดจึงขึ้นอยู่กับวัสดุ ความยาว และพื้นที่หน้าตัดของเส้นลวด

2. วิธีการตัดลวดที่มีความต้านทาน 5 โอห์ม?

3. ความยาวของลวดทองแดงเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าโดยการวาด ความต้านทานของเธอเปลี่ยนไปอย่างไร?

4. ทำไมความต้านทานของผิวหนังมนุษย์จึงขึ้นอยู่กับสภาพ พื้นที่สัมผัส แรงดันไฟฟ้าที่ใช้ ระยะเวลาของกระแสไฟ?

5. ความต้านทานของเส้นขนทังสเตนของหลอดไฟฟ้าที่พิกัด 120 V จะเปลี่ยนไปหรือไม่หากเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายกระแสไฟที่มีแรงดันไฟฟ้า 4 V?

6. ความสูงของเขื่อน - แรงดันไฟฟ้ากระแสน้ำไหลจากรูที่ฐานเขื่อนเป็นกระแสน้ำแรง การเปรียบเทียบนี้ดีหรือไม่?

วี. § 54 ตัวอย่าง 10 หมายเลข 3

1. เสนอการออกแบบและคำนวณพารามิเตอร์ของลิโน่ (วัสดุลวด, ความยาว, พื้นที่หน้าตัด) ความต้านทานที่สามารถเปลี่ยนได้อย่างราบรื่นจาก 0 เป็น 100 โอห์มที่กระแสไฟฟ้าสูงสุด 2 A.

2. ความต้านทานของเส้นลวดเปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อถูกยืดออก? พยายามสร้างการพึ่งพาอาศัยกันนี้ภายในขอบเขตของการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่น เสนอการออกแบบและคำนวณพารามิเตอร์ของอุปกรณ์ (สเตรนเกจ) ที่ออกแบบมาเพื่อวัดความเค้นเชิงกล

ข้อมูลเพิ่มเติม: Tensoresistive effect - การเปลี่ยนแปลงความต้านทานของวัสดุในระหว่างการเปลี่ยนรูป(วัสดุที่สร้างขึ้นล่าสุดที่ทำจากอลูมิเนียมและซิลิกอนเปลี่ยนความต้านทานเมื่อกระทบเกือบ 900 ครั้ง)

3. แนะนำการออกแบบและอธิบาย แผนภาพการเดินสายไฟอุปกรณ์สำหรับสร้างการพึ่งพาความต้านทานของตัวนำกับอุณหภูมิ (เป็นไปได้ด้วยลิโน่)

4. วัดความต้านทานของน้ำที่อุณหภูมิห้องและที่จุดเดือด

"ประสบการณ์ตรงนั้นชัดเจนเสมอ และใครๆ ก็ได้รับประโยชน์จากประสบการณ์นั้นในเวลาอันสั้นที่สุด"

ห้องปฏิบัติการครั้งที่ 3 "การวัดความต้านทานของวัสดุตัวนำ"

วัตถุประสงค์ของงาน: เพื่อสอนนักเรียนให้วัดความต้านทานของวัสดุตัวนำด้วยความแม่นยำที่กำหนด

ประเภทบทเรียน: งานห้องปฏิบัติการ

อุปกรณ์: แหล่งจ่ายกระแสไฟ, แอมมิเตอร์และโวลต์มิเตอร์ในห้องปฏิบัติการ, กุญแจ, รีโอสแตต, ไม้บรรทัดของนักเรียน, ตัวนำบนบล็อก, สายต่อ, คาลิปเปอร์ (ไมโครมิเตอร์)

แผนการสอน: 1. ส่วนเกริ่นนำ 1-2 นาที

2. การบรรยายสรุปเบื้องต้น 5 นาที

3. เสร็จงาน 30 นาที

4. การบ้าน 2-3 นาที

II. แผนผังห้องปฏิบัติการบนกระดานดำ วิธีการวัดความต้านทานของตัวนำ พื้นที่หน้าตัดของเส้นลวด ความยาวตัวนำ?

ข้อผิดพลาดสัมพัทธ์และสัมบูรณ์เมื่อวัดความต้านทาน:

สาม. เสร็จสิ้นการทำงาน

§ 16. กฎของโอห์ม

อัตราส่วนระหว่างอี d.s ความต้านทานและความแรงของกระแสในวงจรปิดแสดงโดยกฎของโอห์ม ซึ่งสามารถกำหนดได้ดังนี้ ความแรงของกระแสในวงจรปิดเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงเคลื่อนไฟฟ้าและเป็นสัดส่วนผกผันกับความต้านทานของวงจรทั้งหมด.

กระแสในวงจรไหลภายใต้การกระทำของ e ดีเอส; ยิ่งอี ดีเอส แหล่งพลังงานยิ่งกระแสไฟในวงจรปิดมากขึ้น ความต้านทานของวงจรป้องกันกระแสไหล ดังนั้นยิ่งความต้านทานของวงจรมาก กระแสก็จะยิ่งน้อยลง

กฎของโอห์มสามารถแสดงโดยสูตรต่อไปนี้:

โดยที่ r คือความต้านทานของส่วนนอกของวงจร

r 0 - ความต้านทานของส่วนภายในของวงจร

ในสูตรเหล่านี้ กำลังปัจจุบันจะแสดงเป็นแอมแปร์ e ดีเอส - เป็นโวลต์ ความต้านทาน - เป็นโอห์ม

เพื่อแสดงกระแสเล็ก ๆ แทนที่จะเป็นแอมแปร์ หน่วยที่ใช้มีขนาดเล็กกว่าแอมแปร์หนึ่งพันเท่าเรียกว่ามิลลิแอมป์ ( หม่า); 1 เอ - 1000 หม่า.

ความต้านทานวงจรทั้งหมด:

หากอยู่ภายใต้อิทธิพลของอี ดีเอส ใน 1 ในในวงจรปิด กระแส 1 เอดังนั้นความต้านทานของวงจรดังกล่าวคือ 1 โอห์ม, เช่น 1 โอห์ม =

กฎของโอห์มใช้ได้ไม่เฉพาะกับวงจรทั้งหมดเท่านั้น แต่ยังใช้ได้กับส่วนใดๆ ของวงจรด้วย

หากส่วนหนึ่งของวงจรไม่มีแหล่งพลังงาน ประจุบวกในส่วนนี้จะย้ายจากจุดที่มีศักยภาพสูงกว่าไปยังจุดที่มีศักยภาพต่ำกว่า แหล่งพลังงานใช้พลังงานที่รู้จัก โดยคงความต่างศักย์ระหว่างจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของส่วนนี้ ความต่างศักย์นี้เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของส่วนที่กำลังพิจารณา

ดังนั้นการใช้กฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจรเราจะได้:

กฎของโอห์มสามารถกำหนดได้ดังนี้: ความแรงของกระแสในส่วนของวงจรไฟฟ้าเท่ากับแรงดันที่ขั้วของส่วนนี้หารด้วยความต้านทาน.

แรงดันไฟในส่วนของวงจรมีค่าเท่ากับผลคูณของความแรงกระแสและความต้านทานของส่วนนี้ กล่าวคือ U=ir.

จากการแสดงออกของกฎของโอห์มสำหรับวงจรปิด เราจะได้

ที่ไหน ไอร์. - แรงดันตกในความต้านทาน r. เช่น ในวงจรภายนอกหรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของแหล่งพลังงาน (เครื่องกำเนิดไฟฟ้า) U

ไอร์ 0 - แรงดันตกในความต้านทาน r0. คือภายในแหล่งพลังงาน (เครื่องกำเนิดไฟฟ้า); มันกำหนดส่วนหนึ่งของอี d.s. ซึ่งใช้ในการนำกระแสผ่านความต้านทานภายในของแหล่งพลังงาน

เครื่องมือที่ใช้วัดกระแสในวงจรเรียกว่า แอมมิเตอร์(มิลลิแอมมิเตอร์). แรงดันไฟฟ้าดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้นวัดด้วยโวลต์มิเตอร์ สัญลักษณ์ของแอมมิเตอร์และโวลต์มิเตอร์แสดงในรูปที่ 15, ก. ในการเปิดแอมป์มิเตอร์ วงจรกระแสไฟฟ้าจะขาด และที่จุดตัด ปลายสายไฟจะเชื่อมต่อกับแคลมป์แอมป์มิเตอร์ (รูปที่ 15, b) ดังนั้นกระแสที่วัดได้ทั้งหมดจะไหลผ่านอุปกรณ์ การรวมดังกล่าวเรียกว่า สม่ำเสมอ. โวลต์มิเตอร์เชื่อมต่อกับจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของส่วนวงจร การรวมโวลต์มิเตอร์นี้เรียกว่า ขนาน. โวลต์มิเตอร์แสดงแรงดันไฟฟ้าตกในบริเวณนี้ หากโวลต์มิเตอร์เชื่อมต่อกับจุดเริ่มต้น วงจรภายนอก - ไปยังขั้วบวกของแหล่งพลังงานและไปยังจุดสิ้นสุดของวงจรภายนอก - ไปยังขั้วลบของแหล่งพลังงาน จากนั้นจะแสดงแรงดันตกคร่อมวงจรภายนอกทั้งหมด ซึ่งในเวลาเดียวกันจะเป็น แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของแหล่งพลังงาน

แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของแหล่งพลังงาน (เครื่องกำเนิดไฟฟ้า) เท่ากับความแตกต่างระหว่างแรงเคลื่อนไฟฟ้า และแรงดันตกคร่อมความต้านทานภายในของแหล่งนี้ นั่นคือ

U=E – Ir 0(25)

ถ้าเราลดความต้านทานของวงจรภายนอก rแล้วความต้านทานของวงจรทั้งหมด r + r 0 จะลดลงและกระแสในวงจรจะเพิ่มขึ้น เมื่อกระแสเพิ่มขึ้น แรงดันตกภายในแหล่งพลังงาน ( Ir 0) จะเพิ่มขึ้นเนื่องจากความต้านทานภายใน r 0 แหล่งพลังงานยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นด้วยความต้านทานของวงจรภายนอกที่ลดลง แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของแหล่งพลังงานก็ลดลงเช่นกัน หากขั้วของแหล่งพลังงานเชื่อมต่อกันด้วยตัวนำที่มีความต้านทานเท่ากับศูนย์ กระแสในวงจรคือ I = .

นิพจน์นี้กำหนด กระแสสูงสุดซึ่งสามารถหาได้ในห่วงโซ่ของแหล่งที่กำหนด

หากความต้านทานของวงจรภายนอกเป็นศูนย์จริงโหมดนี้จะเรียกว่า ไฟฟ้าลัดวงจร.

สำหรับแหล่งพลังงานที่มีความต้านทานภายในต่ำ เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้า(เครื่องจักรไฟฟ้า) และแบตเตอรี่กรด ไฟฟ้าลัดวงจรอันตรายมาก - มันสามารถปิดการใช้งานแหล่งที่มาเหล่านี้

ไฟฟ้าลัดวงจรเกิดขึ้นค่อนข้างบ่อย ตัวอย่างเช่น เนื่องจากการละเมิดฉนวนของสายไฟที่เชื่อมต่อเครื่องรับกับแหล่งพลังงาน ลวดโลหะเชิงเส้น (โดยปกติคือทองแดง) ที่ไม่มีฉนวนหุ้ม เมื่อสัมผัสกัน ทำให้เกิดความต้านทานน้อยมาก ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับความต้านทานของตัวรับแล้ว มีค่าเท่ากับศูนย์

เพื่อป้องกันอุปกรณ์ไฟฟ้าจากกระแสไฟลัดวงจรจึงใช้อุปกรณ์ความปลอดภัยต่างๆ

ตัวอย่าง 1แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้กับ e. ดีเอส 42 ในและความต้านทานภายใน 0.2 โอห์มปิดตัวรับพลังงานที่มีความต้านทาน 4 โอห์ม. กำหนดกระแสในวงจรและแรงดันที่ขั้วแบตเตอรี่

ตัวอย่าง 2. แบตเตอรี่กรดมี ดีเอส 2 ในและความต้านทานภายใน - r 0 \u003d 0.05 โอห์ม.เมื่อต่อความต้านทานภายนอกเข้ากับแบตเตอรี่ กระแสไฟ 4 เอ. กำหนดความต้านทานของวงจรภายนอก

ตัวอย่างที่ 3เครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระแสตรงมีความต้านทานภายใน 0.3 โอห์ม. กำหนด อี ดีเอส เครื่องกำเนิดไฟฟ้าถ้าคุณเปิดเครื่องรับพลังงานที่มีความต้านทาน27.5 โอห์มแรงดันไฟตั้งไว้ที่ 110 ที่ขั้วเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ใน.

กระแสที่ไหลในวงจรปิดสามารถหาได้จากนิพจน์ต่อไปนี้:

อี, ด.ส. เครื่องกำเนิดคือ:

E=U+Ir=110+4 0.3=111.2 ใน.

ตัวอย่างที่ 4แบตเตอรี่กรดที่มีอี ดีเอส 220 ในและความต้านทานภายใน 0.5 โอห์มถูกไฟฟ้าลัดวงจร กำหนดกระแสในวงจร

เนื่องจากสำหรับประเภทของแบตเตอรี่ที่แสดงในตัวอย่างในระหว่างการคายประจุปกติ (สิบชั่วโมง) กระแสไฟจะอยู่ที่3.6 เอ, จากนั้นกระแสคือ 440 เอเป็นอันตรายต่อความสมบูรณ์ของแบตเตอรี่อย่างแน่นอน