Llei d'Ohm per a un circuit complet

En enginyeria elèctrica hi ha termes: secció i circuit complet.

El lloc s'anomena:

• part d'un circuit elèctric dins d'una font de corrent o tensió;

• tot el circuit extern o intern dels elements elèctrics connectats a la font o part d'aquesta.

El terme "circuit complet" s'utilitza per referir-se a un circuit amb tots els circuits muntats, incloent:

• fonts;

• usuaris;

• cables de connexió.

Aquestes definicions ajuden a navegar millor pels circuits, comprendre les seves característiques, analitzar el treball, buscar danys i mal funcionament. Estan incrustades a la llei d'Ohm, que permet resoldre les mateixes preguntes per optimitzar els processos elèctrics per a les necessitats humanes.

La investigació fonamental de Georg Simon Ohm s'aplica a pràcticament tots secció del circuit o l'esquema complet.

Com funciona la llei d'Ohm per a un circuit de corrent continu complet

Per exemple, prenem una cèl·lula galvànica, que popularment s'anomena bateria, amb una diferència de potencial U entre ànode i càtode. Connectem una bombeta amb filament als seus terminals, que té una resistència resistiva simple R.

Un corrent I = U / R creat pel moviment dels electrons en el metall fluirà a través del filament. El circuit format pels cables de la bateria, els cables de connexió i la bombeta fa referència a la part externa del circuit.

El corrent també fluirà a la secció interna entre els elèctrodes de la bateria. Els seus portadors seran ions carregats positivament i negativament. Els electrons seran atrets pel càtode i els ions positius seran repel·lits d'aquest a l'ànode.

D'aquesta manera, s'acumulen càrregues positives i negatives al càtode i l'ànode, i es crea una diferència de potencial entre ells.

Es dificulta el moviment complet dels ions a l'electròlit resistència interna de la bateriamarcat amb «r». Limita la sortida de corrent al circuit extern i redueix la seva potència a un determinat valor.

En el circuit complet del circuit, el corrent flueix pels circuits interior i exterior, superant la resistència total R + r de les dues seccions en sèrie. El seu valor està influenciat per la força aplicada als elèctrodes, que s'anomena electromotriu o EMF per abreujar i es denota amb l'índex «E».

El seu valor es pot mesurar amb un voltímetre als terminals de la bateria sense càrrega (sense circuit extern). Amb una càrrega connectada al mateix lloc, el voltímetre mostra la tensió U. En altres paraules: sense càrrega als terminals de la bateria, U i E coincideixen en magnitud, i quan el corrent flueix pel circuit extern, U < E.

La força E forma el moviment de les càrregues elèctriques en un circuit complet i determina el seu valor I = E / (R + r).

Aquesta expressió matemàtica defineix la llei d'Ohm per a un circuit de corrent continu complet. La seva acció s'il·lustra amb més detall a la part dreta de la imatge.Mostra que tot el circuit complet consta de dos circuits de corrent separats.

També es pot veure que dins de la bateria, fins i tot quan la càrrega del circuit extern està apagada, les partícules carregades es mouen (corrent d'autodescàrrega) i per tant es produeix un consum innecessari de metall al càtode. L'energia de la bateria, a causa de la resistència interna, es gasta escalfant-se i dissipant-se a l'entorn, i amb el temps simplement desapareix.

La pràctica demostra que la reducció de la resistència interna r mitjançant mètodes constructius no està justificada econòmicament a causa dels costos en gran augment del producte final i la seva autodescàrrega força elevada.

conclusions

Per mantenir l'eficiència de la bateria, només s'ha d'utilitzar per al propòsit previst, connectant el circuit extern exclusivament durant el període de funcionament.

Com més gran sigui la resistència de la càrrega connectada, més durarà la bateria. Per tant, les làmpades de xenó amb un filament incandescent amb un menor consum de corrent que les plenes de nitrogen amb el mateix flux lluminós asseguren una vida útil més llarga de les fonts d'energia.

Quan s'emmagatzemen elements galvànics, s'ha d'excloure el pas de corrent entre els contactes del circuit extern mitjançant un aïllament fiable.

En el cas que la resistència del circuit extern R de la bateria superi significativament el valor intern r, es considera una font de tensió i, quan es compleix la relació inversa, és una font de corrent.

Com s'utilitza la llei d'Ohm per a un circuit de CA complet

Els sistemes elèctrics de CA són els més comuns a la indústria elèctrica.En aquesta indústria, arriben a grans longituds transportant electricitat per línies elèctriques.

A mesura que augmenta la longitud de la línia de transmissió, augmenta la seva resistència elèctrica, la qual cosa crea escalfament dels cables i augmenta la pèrdua d'energia per a la transmissió.

El coneixement de la llei d'Ohm va ajudar els enginyers elèctrics a reduir els costos innecessaris de transport d'electricitat. Per fer-ho, van utilitzar el càlcul de la component de la pèrdua de potència en els cables.

El càlcul es basa en el valor de la potència activa produïda P = E ∙ I, que s'ha de transferir qualitativament als consumidors remots i superar la resistència total:

• r interna al generador;

• R exterior dels cables.

La magnitud de la FEM als terminals del generador es determina com E = I ∙ (r + R).

La pèrdua de potència Pp per superar la resistència del circuit complet s'expressarà mitjançant la fórmula que es mostra a la imatge.

Es pot veure que el consum d'energia augmenta en proporció a la longitud / resistència dels cables i és possible reduir-los durant el transport d'energia augmentant la FEM del generador o la tensió de línia. Aquest mètode s'utilitza mitjançant la inclusió de transformadors augmentadors al circuit a l'extrem del generador de la línia elèctrica i transformadors reductors al punt de recepció de les subestacions elèctriques.

Tanmateix, aquest mètode és limitat:

• la complexitat dels dispositius tècnics per contrarestar l'aparició de descàrregues coronàries;

• la necessitat de distanciar i aïllar les línies elèctriques de la superfície terrestre;

• augment de l'energia de la radiació de la línia d'aire a l'espai (l'aparició de l'efecte antena).

Característiques del funcionament de la llei d'Ohm en circuits de corrent altern sinusoïdal

Els usuaris moderns d'alta tensió industrial i d'energia elèctrica domèstica trifàsica / monofàsica no només creen càrregues actives, sinó també reactives amb característiques inductives o capacitives pronunciades. Provoquen un canvi de fase entre els vectors de les tensions aplicades i els corrents que circulen pel circuit.

En aquest cas, per a la notació matemàtica de les fluctuacions temporals dels harmònics, utilitzeu forma complexai gràfics vectorials s'utilitzen per a la representació espacial. El corrent transmès a través de la línia elèctrica es registra amb la fórmula: I = U / Z.

La notació matemàtica dels principals components de la llei d'Ohm amb nombres complexos permet programar els algorismes dels dispositius electrònics utilitzats per controlar i gestionar processos tecnològics complexos que es produeixen constantment en el sistema elèctric.

Juntament amb els nombres complexos, s'utilitza la forma diferencial d'escriure totes les proporcions. És convenient analitzar les propietats conductores dels materials.

Alguns factors tècnics poden violar la llei d'Ohm per a un circuit complet. Inclouen:

• freqüències vibratòries elevades quan l'impuls dels portadors de càrrega comença a influir. No tenen temps de moure's amb el ritme dels canvis en el camp electromagnètic;

• estats de superconductivitat d'una determinada classe de substàncies a baixes temperatures;

• augment de l'escalfament dels cables de corrent per corrent elèctric. quan la característica corrent-tensió perd el seu caràcter lineal;

• destrucció de la capa d'aïllament per descàrrega d'alta tensió;

• mitjà de gas o tubs electrònics al buit;

• dispositius i elements semiconductors.