החוק של אוהם בשפה פשוטה

רקע היסטורי

שנת הגילוי היא חוק אוהם - 1826 על ידי המדען הגרמני גאורג אום. הוא קבע ותיאר אמפירית את החוק ביחס לחוזק זרם, מתח וסוג מוליך. בהמשך התברר שהרכיב השלישי אינו אלא התנגדות. בהמשך נקרא חוק זה לכבוד המגלה, אך החוק לא נעצר שם, הוא נקרא על שמו ושמו וגודלו, כמחווה ליצירתו.

הערך בו נמדדת ההתנגדות נקרא על שם גאורג אוהם. לדוגמא, לנגדים שני מאפיינים עיקריים: הספק בוואט והתנגדות - יחידת מדידה באוהם, קילו-אוהם, מגאוהם וכו '.

החוק של אוהם למדור שרשרת

ניתן להשתמש בחוק של אוהם לקטע במעגל לתיאור מעגל חשמלי שאינו מכיל EMF. זוהי צורת ההקלטה הפשוטה ביותר. זה נראה כך:

I = U / R

איפה שאני הזרם, נמדד באמפר, U הוא המתח בוולט, R הוא ההתנגדות באוהמס.

הנוסחה הזו אומרת לנו שהזרם פרופורציונלי ישיר למתח ויחס הפוך להתנגדות - זה הניסוח המדויק של חוק אוהם. המשמעות הפיזית של נוסחה זו היא לתאר את התלות של הזרם דרך קטע של מעגל עם ההתנגדות והמתח הידועים שלו.

תשומת לב!נוסחה זו תקפה לזרם ישר, עבור זרם חילופי יש לה הבדלים קלים, נחזור לזה בהמשך.

בנוסף ליחס של כמויות חשמליות, טופס זה אומר לנו כי הגרף של הזרם מול המתח בהתנגדות הוא ליניארי ומשוואת הפונקציה מסתפקת:

f (x) = ky או f (u) = IR או f (u) = (1 / R) * I

החוק של אוהם לקטע מעגל משמש לחישוב ההתנגדות של נגר בקטע מעגל או לקביעת הזרם דרכו במתח ועמידות ידועים. לדוגמא, יש לנו נגן R עם התנגדות של 6 אוהם, מתח של 12 וולט מוחל על הטרמינלים שלו, עליכם לברר איזה זרם יזרום דרכו. חשב:

I = 12 V / 6 Ohms = 2 A

למוליך אידיאלי אין כל התנגדות, אולם בשל מבנה המולקולות של החומר שהוא מורכב, לכל גוף מוליך יש התנגדות. לדוגמא, הדבר גרם למעבר מאלומיניום לחוטי נחושת ברשתות חשמל ביתיות.ההתנגדות של נחושת (אוהם לכל אורך מטר) פחותה משל האלומיניום. בהתאם לכך, חוטי נחושת מתחממים פחות, עומדים בזרמים גדולים, מה שאומר שאתה יכול להשתמש בחוט עם חתך קטן יותר.

דוגמא נוספת - לספירלות של מכשירי חימום ונגדים יש התנגדות גדולה, מכיוון עשויים ממתכות שונות בעלות עמידות גבוהה, כגון ניכרום, קנטל וכו '. כאשר נשאי המטען עוברים דרך המוליך הם מתנגשים עם חלקיקים בסריג הגביש, כתוצאה מכך, אנרגיה משתחררת בצורת חום והמוליך מחומם. ככל שיש יותר זרם - יותר התנגשויות - חימום רב יותר.

כדי להפחית את החימום, יש לקצר את המוליך או להגדיל את עוביו (שטח חתך). ניתן לכתוב מידע זה כנוסחה:

ר_חוט= ρ (L / S)

כאשר ρ הוא ההתנגדות באום * מ"מ²/ מ ', L - אורך מ', S - שטח חתך.

החוק של אוהם למעגלים מקבילים וסדריים

בהתאם לסוג החיבור, נצפה תבנית שונה של זרימת זרם וחלוקת מתח. עבור קטע במעגל סדרתי של אלמנטים, המתח, הזרם והתנגדות נמצאים על ידי הנוסחה:

I = I1 = I2

U = U1 + U2

R = R1 + R2

המשמעות היא שאותו זרם זורם במעגל ממספר שרירותי של אלמנטים המחוברים בסדרה. במקרה זה, המתח המופעל על כל האלמנטים (סכום המתח יורד) שווה למתח היציאה של מקור הכוח. כל אלמנט מיושם בנפרד עם ערך מתח משלו ותלוי בחוזק הנוכחי ובעמידות הספציפית:

U_ה= I * R_אלמנט

ההתנגדות של המעגל עבור אלמנטים מחוברים במקביל מחושבת על ידי הנוסחה:

I = I1 + I2

U = U1 = U2

1 / R = 1 / R1 + 1 / R2

עבור תרכובת מעורבת, יש להביא את השרשרת לצורה שווה ערך. לדוגמה, אם נגר אחד מחובר לשני נגדים מחוברים מקבילים, תחשבו תחילה את ההתנגדות של המתנגדים המחוברים במקביל. אתה מקבל את ההתנגדות הכוללת של שני הנגדים ואתה רק צריך להוסיף אותה לשלישית, שמחוברת איתם בסדרה.

החוק של אוהם לשרשרת השלמה

מעגל שלם דורש מקור חשמל. מקור כוח אידיאלי הוא מכשיר שיש לו מאפיין אחד:

• מתח, אם זה מקור ל- EMF;
• חוזק זרם אם זהו מקור זרם;

מקור כוח כזה מסוגל לספק כל כוח עם פרמטרי פלט קבועים. באספקת חשמל אמיתית ישנם גם פרמטרים כמו כוח והתנגדות פנימית. למעשה, ההתנגדות הפנימית היא נגדה דמיונית המותקנת בסדרות עם מקור ה- emk.

נוסחת החוק של אוהם למעגל השלם נראית דומה, אך מתווספת ההתנגדות הפנימית של ה- IP. למעגל שלם, כתוב:

I = ε / (R + r)

כאשר ε הוא ה- EMF בוולט, R הוא התנגדות העומס, r הוא ההתנגדות הפנימית של מקור הכוח.

בפועל ההתנגדות הפנימית היא חלק מהאוהם, ולגבי מקורות גלווניים היא עולה באופן משמעותי. ראית זאת כאשר לשני הסוללות (חדשות ומתות) יש אותו מתח, אך אחת מהן מפיקה את הזרם הנדרש ועובדת כמו שצריך, והשנייה לא עובדת, מכיוון מושך בעומס הקל ביותר.

החוק של אוהם בצורה דיפרנציאלית ואינטגרלית

עבור חלק הומוגני של המעגל, הנוסחאות לעיל תקפות, עבור מוליך לא-הומוגני יש צורך לפרק אותו לקטעים קצרים ככל האפשר, כך ששינויים בממדיו ימוזערו בקטע זה. זה נקרא חוק אוהם בצורה דיפרנציאלית.

במילים אחרות: צפיפות הזרם עומדת ביחס ישר לחוזק והמוליכות של חלק קטן עד אינסוף של המוליך.

בצורה אינטגרלית:

חוק אוהם לחק"ל

בעת חישוב מעגלי זרם חילופין, במקום מושג ההתנגדות, מוצג המושג "עכבה". עכבה מסומנת על ידי האות Z, היא כוללת את עמידות העומס R_א והתגובה X (או R_r)זה נובע מצורת הזרם הסינוסואידי (והזרמים מכל צורה אחרת) והפרמטרים של אלמנטים אינדוקטיביים, כמו גם חוקי מעבר:

1. הזרם במעגל עם השראות אינו יכול להשתנות באופן מיידי.
2. המתח במעגל עם הקיבול אינו יכול להשתנות באופן מיידי.

כך, הזרם מתחיל לפגר או להיות לפני המתח, והכוח הכולל מחולק לפעיל ותגובתי.

U = I * Z

איקס_ל ו- X_ג הם רכיבים תגוביים בעומס.

בעניין זה מוצג הערך cos Φ:

כאן, Q הוא הכוח התגובה עקב רכיבי זרם חילופין ורכיבי אינדוקטיביות קיבוליות, P הוא הכוח הפעיל (שהוקצה לרכיבים הפעילים), S הוא הכוח לכאורה, cos Φ הוא גורם הכוח.

אולי שמתם לב שהנוסחה והייצוג שלה מצטלבים עם המשפט הפיתגורס. זה אכן כך, והזווית Ф תלויה בגודל המרכיב התגובה של העומס - ככל שהוא גדול יותר, כך הוא גדול יותר. בפועל, זה מוביל לכך שהזרם הזורם למעשה גדול יותר מזה שנלקח בחשבון על ידי מד הבית, ואילו מפעלים משלמים על מלוא הכוח.

במקרה זה ההתנגדות מוצגת בצורה מורכבת:

כאן j היא יחידה דמיונית, האופיינית לצורה המורכבת של משוואות. פחות מכונה i, אך בהנדסת חשמל מצוין גם הערך האפקטיבי של הזרם החילופי, כך שכדי לא להתבלבל, עדיף להשתמש ב- j.

היחידה הדמיונית היא √-1. הגיוני שאין מספר כזה בעת הריבוע, מה שעלול לגרום לתוצאה שלילית של "-1".

איך לזכור את החוק של אוהם

כדי לזכור את חוק אוהם, אתה יכול לשנן את הנוסח במילים פשוטות כמו:

ככל שהמתח גבוה יותר, כך הזרם גדול יותר, כך ההתנגדות גדולה יותר, כך הזרם נמוך יותר.

או השתמש בתמונות והחוקים הממנוניים. הראשון הוא ייצוג של החוק של אוהם בצורה של פירמידה - בקצרה וברורה.

הכלל הנמוני הוא מבט מפושט של מושג, להבנתו וללימודו הפשוט והקל. זה יכול להיות מילולית או גרפית. כדי למצוא נכון את הנוסחה הנכונה, סגרו את האצבע הרצויה עם האצבע וקבלו את התשובה בצורה של יצירה או של כמות. ככה זה עובד:

השנייה היא מופע קריקטורות. כאן זה מוצג: ככל שהאוהם מנסה יותר, כך עוברים אמפר קשה יותר, וככל שיותר וולט - אמפר עובר יותר קל.

לבסוף, אנו ממליצים לצפות בסרטון שימושי המסביר את חוק אוהם ואת יישומו במילים פשוטות:

החוק של אוהם הוא אחד היסודות בהנדסת חשמל, ללא ידיעתו מרבית החישובים בלתי אפשריים. ובעבודה היומיומית לעתים קרובות צריך לתרגם אמפר לקילו-וואט או על ידי התנגדות לקביעת הזרם. אין הכרח להבין את מסקנתה ואת מקורן של כל הכמויות - אך הנוסחאות הסופיות נדרשות להתפתחות. לסיכום, אני רוצה לציין שיש פתגם קומיקס ישן בקרב חשמלאים:"לא מכיר את אום - שב בבית."ואם בכל בדיחה יש נתח של אמת, אז כאן נתח האמת הזה הוא 100%. למד את היסודות התיאורטיים אם אתה רוצה להיות מקצוען בפועל, ומאמרים אחרים מהאתר שלנו יעזרו לך בכך.