La legge di Ohm per la catena completa: storia e formule.

Qual è la legge di Ohm per una catena completa? Quindi, questa è una formula in cui è chiaramente visibile la connessione dei parametri principali di un circuito elettrico: corrente, tensione e resistenza. Per comprendere l'essenza della legge, esaminiamo prima alcuni concetti.

Quello che viene chiamato un circuito elettrico?

Il circuito elettrico è il modo nel circuito elettrico che scorre cariche (elettriche elementi, fili e altri dispositivi). Naturalmente, il suo inizio è considerato una fonte di energia. Sotto l'influenza di un campo elettromagnetico, fenomeni fotonici o processi chimici, le cariche elettriche tendono a passare al terminale opposto di questa fonte di energia.

Cos'è la corrente elettrica?

Il movimento diretto di particelle cariche quando esposto a un campo elettrico o altre forze esterne è chiamato corrente elettrica. La sua direzione è determinata dalla direttività dei protoni (cariche positive). La corrente sarà costante, se nel tempo non ha cambiato né la sua forza né la sua direzione.

Storia della legge di Ohm

Quando conduceva esperimenti con il conduttore, il fisico George Ohm riuscì a stabilire che la corrente è proporzionale alla tensione che viene applicata alle sue estremità:

I / sim U o I = G / U,

dove G è la conducibilità elettrica, e il valore R = 1 / G è la resistenza elettrica del conduttore. Questa scoperta fu stabilita dal famoso fisico tedesco nel 1827.

Leggi di Ohm

Per un circuito completo, la definizione sarà la seguente: la corrente nel circuito elettrico è uguale al rapporto tra la forza elettromotrice (di seguito EMF) della sorgente e la somma delle resistenze:

I = E / (R + r)

dove R è la resistenza del circuito esterno, e r è la resistenza interna fonte attuale. Molto spesso, la formulazione della legge crea difficoltà, poiché non tutti hanno familiarità con il concetto di EMF, la sua differenza dalla tensione, non tutti sanno cosa significa e da dove proviene la resistenza interna. Per questo, e serve un chiarimento, perché la legge di Ohm per una catena completa ha un significato profondo.

La formulazione della legge per la sezione catena può essere definita trasparente. Il punto è che per la sua comprensione non sono necessarie spiegazioni aggiuntive: la corrente nel circuito è direttamente proporzionale alla tensione e inversamente proporzionale alla resistenza:

I = U / R.

senso

La legge di Ohm per un circuito completo è saldamente legata alla legge di conservazione dell'energia. Supponiamo che la fonte corrente non abbia resistenza interna. Cosa dovrebbe succedere allora? Si scopre che se non ci fosse resistenza, allora una corrente maggiore sarebbe data al circuito esterno, rispettivamente, e la potenza sarebbe maggiore.

Ora è il momento di affrontare il concetto di forza elettromotrice. Questo valore rappresenta la differenza tra i potenziali elettrici ai terminali della sorgente, ma solo senza carico. Ad esempio, prendiamo la pressione dell'acqua in un serbatoio rialzato. Il livello dell'acqua sarà a posto fino a quando non viene consumato. Quando si apre la valvola, il livello del liquido diminuirà, poiché non c'è scambio. Entrando nel tubo, l'acqua incontra resistenza, la stessa cosa accade con le cariche elettriche nel filo.

In assenza di carichi, i terminali sono nello stato aperto, si scopre che l'EMF e la tensione coincidono in grandezza. Se, per esempio, accendiamo la lampadina, il circuito si chiude e la forza elettromotrice creerà tensione in esso, facendo un lavoro utile. Parte dell'energia a causa della resistenza interna si dissiperà (questa è chiamata perdita).

In tal caso, se la resistenza del consumatore è inferiore a quella interna, viene assegnata una grande potenza alla sorgente corrente. E poi c'è una caduta nell'EMF nel circuito esterno, e sulla resistenza interna si perde una parte significativa dell'energia. L'essenza delle leggi di conservazione è che la natura non può prendere più di dare.

L'essenza della resistenza interna agli abitanti di "Krusciov", che hanno l'aria condizionata negli appartamenti, e il vecchio cablaggio non è stato sostituito, è ben noto. Il contatore elettrico ruota a rotta di collo, la presa e il muro sono riscaldati in quei luoghi in cui passano vecchi fili di alluminio, il risultato è che il condizionatore d'aria a mala pena raffredda l'aria nella stanza.

Natura r

"Full Ohm" (come la legge viene usata per chiamare elettricisti) è poco conosciuto, poiché la resistenza interna della sorgente, di regola, non è elettrica. Affrontiamo questo sull'esempio di una batteria salina. È noto che una batteria elettrica è composta da diversi elementi, ma ne prenderemo in considerazione solo uno. Quindi, abbiamo una batteria "Krone" già pronta, composta da 7 elementi collegati in serie.

Come si verifica la generazione attuale? In un recipiente con elettrolita posizioniamo una barretta di carbonio in un involucro di manganese costituito da elettrodi positivi o anodi. Nello specifico, in questo esempio, la barra in carbonio funge da collettore corrente. Metallo in zinco compongono gli elettrodi negativi (catodi). Nell'acquisto di batterie, di regola, elettrolito gel. Il liquido è usato molto raramente. Una tazza di zinco con elettrolita e anodi agisce come un elettrodo negativo.

Si scopre che il segreto della batteria sta nel fatto che il potenziale elettrico del manganese non è alto come quello dello zinco. Pertanto, gli elettroni sono attratti dal catodo e, a sua volta, spinge gli ioni di zinco carichi positivamente sull'anodo. Di conseguenza, il catodo viene gradualmente consumato. Forse tutti sanno che se la batteria scarica non viene sostituita in modo tempestivo, può fuoriuscire. Qual è la ragione? Tutto è molto semplice: l'elettrolita inizierà a fluire attraverso la coppa scollegata.

Quando le cariche si muovono su una barra di carbonio, le cariche positive si accumulano nel guscio del manganese, mentre le cariche negative si accumulano sullo zinco. Pertanto, sono chiamati anodo e catodo, ma all'interno delle batterie sembrano diversi. La differenza tra le cariche e creerà una forza elettromotrice fonte di energia. Le cariche smetteranno di muoversi nell'elettrolito quando la differenza di potenziale del materiale dell'elettrodo è uguale al valore dell'EMF e le forze di attrazione sono uguali alle forze repulsive.

Ora chiudiamo il circuito: basta collegare una lampadina alla batteria. Passando attraverso una fonte di luce artificiale, le cariche ritorneranno ciascuna al suo posto ("casa") e la lampadina si accenderà. All'interno della batteria, il movimento di elettroni e ioni ricomincia, man mano che le cariche escono e la forza attrattiva o repulsiva riappare.

Infatti, la batteria produce corrente, motivo per cui la lampadina splende, questo è dovuto al consumo di zinco, che viene trasformato in questo processo in altri composti chimici. Per estrarre lo zinco puro, secondo legge di risparmio energetico è necessario spenderlo, ma non in una forma elettrica (esattamente come la lampadina è stata data).

Ora, finalmente, possiamo affrontare la natura della resistenza interna della fonte. In una batteria, è un ostacolo al movimento di grandi ioni. Il movimento di elettroni senza ioni è impossibile, perché non c'è forza di attrazione.

Nei generatori industriali, r appare non solo per la resistenza elettrica degli avvolgimenti, ma anche per cause esterne. Così, ad esempio, nelle centrali idroelettriche, l'entità della magnitudine dipende dall'efficienza della turbina, dalla resistenza del flusso d'acqua nel condotto e dalle perdite nella trasmissione meccanica. Inoltre, alcuni influenzano la temperatura dell'acqua e il modo in cui viene interrata.

Corrente alternata

Abbiamo già considerato la legge di Ohm per l'intero circuito per la corrente continua. Come cambia la formula con la corrente alternata? Prima di sapere questo, descriviamo il concetto stesso. La corrente alternata è il movimento di particelle caricate elettricamente, la cui direzione e il cui valore cambiano nel tempo. In contrasto con la costante, è accompagnata da fattori aggiuntivi che generano un nuovo tipo di resistenza (reattiva). È caratteristico di condensatori e induttori.

La legge di Ohm per un circuito completo per AC ha la forma:

I = U / Z

dove Z è l'impedenza che consiste di attivo e reattivo.

Non così male

La legge di Ohm per un circuito completo, oltre a indicare la perdita di energia, suggerisce anche dei modi per eliminarli. Gli elettricisti convenzionali usano raramente la formula per trovare la resistenza complessa in presenza di capacità o induttanze nel circuito. Nella maggior parte dei casi, la corrente viene misurata dagli acari o da un tester speciale. E quando la tensione è nota, si può facilmente calcolare la resistenza complessa (se è davvero necessaria).