- Окрема ділянка і повна електричний ланцюг
- Послідовне і паралельне включення елементів
- Висновки і корисне відео по темі
Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
Професійному електрику, фахівця електронщику ніяк не оминути у власній діяльності закон Ома, вирішуючи будь-які завдання, пов'язані з налагодженням, налаштуванням, ремонтом електронних і електричних схем.
Власне, розуміння цього закону необхідно кожному. Тому що кожному в побуті доводиться мати справу з електрикою.
І хоча навчальним курсом середньої школи закон німецького фізика Ома і передбачений, але на практиці не завжди своєчасно вивчається. Тому розглянемо в нашому матеріалі таку актуальну для життя тему і розберемося з варіантами записи формули.
Окрема ділянка і повна електричний ланцюг
Розглядаючи електричний ланцюг з точки зору застосування до схеми закону Ома, слід зазначити два можливих варіанти розрахунку: для окремо взятого ділянки і для повноцінної схеми.
Розрахунку для ділянки електричної схеми
Ділянкою електричного кола, як правило, розглядається частина схеми, що виключає джерело ЕРС, як володіє додатковим внутрішнім опором.
Тому розрахункова формула, в даному випадку, виглядає просто:
I = U / R,
Де, відповідно:
- I - сила струму;
- U - прикладена напруга;
- R - опір.
Дотримуючись формулюванні закону Ома для ділянки електричного кола, стає очевидною величина струму, виражена прямо пропорційно напрузі і обернено пропорційно резистивний значенням.
Так звана графічна «ромашка», за допомогою якої представлений весь набір варіацій формулювань, заснованих на законі Ома. Зручний інструмент для кишенькового зберігання: сектор "P" - формули потужності; сектор "U" - формули напруги; сектор "I" - формули струму; сектор "R" - формули опору
Таким чином, формулою чітко описується залежність протікання струму по окремому ділянці електричного кола щодо певних значень напруги і опору.
Застосування закону очевидна, коли, наприклад, потрібно провести розрахунок резистора під впровадження на ділянці електричної схеми. Цим же законом користуються з метою визначення сили проведеного через ділянку струму або необхідної величини напруги, що підводиться до ділянки схеми.
Три основних варіації формулювань закону Ома, якими необхідно володіти кожному професійному електромеханіка, інженеру-електрику, електронщику і всім, хто пов'язаний з роботою електричних ланцюгів. Зліва направо: 1 - визначення струму; 2 - визначення опору; 3 - визначення напруги, де I - сила струму, U - напруга, R - опір
Візьмемо в якості експерименту постійний резистор номінальним значенням 10 Ом для включення цього електронного компонента на ділянці електричного кола з підведеною величиною напруги 12 вольт.
Тоді, щоб розрахувати протікає через резистивний елемент струм, досить скористатися вже знайомої формулою, підставивши реальні значення: I = 12/10.
В результаті вийде обчислене значення - 1, 2 A (ампер), сила поточного через резистор струму. Так, користуючись традиційної формулою для ділянки електричного кола, відкриваються можливості обчислювати будь-який з трьох параметрів.
Тим самим завжди можна підібрати необхідну робочу напругу, потрібну силу струму і оптимальний резистивний елемент.
Застосуванням закону Ома до ділянки кола передбачається виключення з розрахунків резистивного значення джерела енергії. Цим фактором розрахунок відрізняється від розрахунку, що застосовується до повного кола. На схемі: А - включення амперметра; V - включення вольтметра
До речі, в якості резистивного елемента на ділянці ланцюга виступає безпосередньо провідник. Провід (алюмінієвий або мідний), не є ідеальним провідником і має певний опір.
Відповідно, знову ж користуючись законом Ома, стає допустимим точний підбір необхідного перетину провідника, в залежності від матеріалу жили.
У нас сайті є докладна інструкція з розрахунку перетину кабелю по потужності і струму.
Варіант розрахунку для повного кола
Повноцінну ланцюг складає вже ділянку (ділянки), а також джерело ЕРС. Тобто, фактично наявному резистивного компоненту ділянки ланцюга додається внутрішній опір джерела ЕРС.
Тому логічним є деяка зміна вище розглянутої формули:
I = U / (R + r)
Звичайно, значення внутрішнього опору ЕРС в законі Ома для повної електричного кола можна вважати мізерно малим, правда багато в чому це значення опору залежить від структури джерела ЕРС.
Проте, при розрахунках складних електронних схем, електричних ланцюгів з безліччю провідників, наявність додаткового опору є важливим фактором.
Для розрахунків в умовах повноцінної електричного кола завжди береться до обліку резистивное значення джерела ЕРС. Це значення підсумовується з резистивним опором безпосередньо електричного кола. На схемі: I - проходження струму; R - резистивний елемент зовнішній; r - резистивний фактор ЕРС (джерела енергії)
Як для ділянки кола, так і для повної схеми слід враховувати природний момент - використання струму постійної або змінної величини.
Якщо зазначені вище моменти, характерні для закону Ома, розглядалися з точки зору використання постійного струму, відповідно зі змінним струмом все виглядає трохи інакше.
Розгляд дії закону до змінної величини
Поняття «опір» до умов проходження змінного струму слід розглядати вже більше як поняття «імпедансу». Тут мається на увазі поєднання активної резистивного навантаження (Ra) і навантаження, утвореної реактивним резистором (Rr).
Обумовлені подібні явища параметрами індуктивних елементів і законами комутації стосовно змінної величини напруги - синусоїдальної величиною струму.
Такий бачиться еквівалентна схема електричного кола змінного струму під розрахунок із застосуванням формулювань, що виходять з принципів закону Ома: R - резистивная складова; С - місткість складова; L - індуктивна складова; ЕРС-джерело енергії; I -прохожденіе струму
Іншими словами, має місце ефект випередження (відставання) струмових значень від значень напруги, що супроводжується появою активної (резистивной) і реактивної (індуктивної або ємнісний) потужностей.
Розрахунок подібних явищ ведеться за допомогою формули:
Z = U / I або Z = R + J * (X L - X C)
де: Z - імпеданс; R - активне навантаження; X L, X C - індуктивна і ємнісна навантаження; J - коефіцієнт.
Послідовне і паралельне включення елементів
Для елементів електричного кола (ділянки кола) характерним моментом є послідовне або паралельне з'єднання.
Відповідно, кожен вид з'єднання супроводжується різним характером перебігу струму і підведенням напруги. На цей рахунок закон Ома також застосовується по-різному, в залежності від варіанту включення елементів.
Ланцюг послідовно включених резистивних елементів
Стосовно до послідовному з'єднанню (ділянки кола з двома компонентами) використовується формулювання:
- I = I 1 = I 2;
- U = U 1 + U 2;
- R = R 1 + R 2
Таке формулювання явно демонструє, що, незалежно від числа послідовно з'єднаних резистивних компонентів, ток, поточний на ділянці ланцюга, не змінює значення.
З'єднання резистивних елементів на ділянці схеми послідовно один з іншим. Для цього варіанту діє свій закон розрахунку. На схемі: I, I1, I2 - проходження струму; R1, R2 - резистивні елементи; U, U1, U2 - прикладена напруга
Величина напруги, прикладеного до діючих резистивним компонентів схеми, є сумою і становить в цілому значення джерела ЕРС.
При цьому напруга на кожному окремому компоненті одно: Ux = I * Rx.
Загальний опір слід розглядати як суму номіналів всіх резистивних компонентів ланцюга.
Ланцюг паралельно включених резистивних елементів
На випадок, коли має місце паралельне включення резистивних компонентів, справедливою щодо закону німецького фізика Ома вважається формулювання:
- I = I 1 + I 2 …;
- U = U 1 = U 2 …;
- 1 / R = 1 / R 1 + 1 / R 2 + …
Не виключаються варіанти складання схемних ділянок «змішаного» виду, коли використовується паралельне і послідовне з'єднання.
З'єднання резистивних елементів на ділянці ланцюга паралельно один з іншим. Для цього варіанту застосовується свій закон розрахунку. На схемі: I, I1, I2 - проходження струму; R1, R2 - резистивні елементи; U - підведений напруга; А, В - точки входу / виходу
Для таких варіантів розрахунок зазвичай ведеться початковим розрахунком резистивного номіналу паралельного з'єднання. Потім до отриманого результату додається номінал резистора, включеного послідовно.
Інтегральна і диференціальна форми закону
Всі вищевикладені моменти з розрахунками застосовні до умов, коли в складі електричних схем використовуються провідники, так би мовити, «однорідної» структури.
Тим часом на практиці нерідко доводиться стикатися з побудовою схематики, де на різних ділянках структура провідників змінюється. Наприклад, використовуються дроти більшого перетину або, навпаки, меншого, зроблені на основі різних матеріалів.
Для обліку таких відмінностей існує варіація, так званого, «диференційно-інтегрального закону Ома». Для нескінченно малого провідника розраховується рівень щільності струму в залежності від напруженості і величини питомої провідності.
Під диференційний розрахунок береться формула: J = ό * E
Для інтегрального розрахунку, відповідно, формулювання: I * R = φ1 - φ2 + έ
Однак ці приклади швидше вже ближче до школи вищої математики і в реальній практиці простого електрика фактично не застосовуються.
Висновки і корисне відео по темі
Докладний розбір закону Ома у відеоролику, представленому нижче, допоможе остаточно закріпити знання в цьому напрямку.
Своєрідний видеоурок якісно підкріплює теоретичне письмовий виклад:
Робота електрика або діяльність електронщика невід'ємно пов'язана з моментами, коли реально доводиться спостерігати закон Георга Ома в дії. Це свого роду прописні істини, які слід знати кожному професіоналу.
Об'ємних знань з даного питання не потрібно - достатньо вивчити три основних варіації формулювання, щоб успішно застосовувати на практиці.
Хочете доповнити викладений вище матеріал цінними зауваженнями або висловити свою думку? Пишіть, будь ласка, коментарі в блоці під статтею. Якщо у вас залишилися питання, не соромтеся задавати їх нашим експертам.