Ο νόμος του Ohm για το πλήρες κύκλωμα και για τμήμα κυκλώματος: παραλλαγές γραφής του τύπου, περιγραφή και επεξήγηση.

Ένας επαγγελματίας ηλεκτρολόγος ή ειδικός ηλεκτρονικός δεν μπορεί να παρακάμψει τον νόμο του Ωμ στη δραστηριότητά του, λύνοντας οποιαδήποτε προβλήματα σχετικά με τη ρύθμιση, τη διαμόρφωση και την επισκευή ηλεκτρονικών και ηλεκτρικών κυκλωμάτων.

Κατ'ουσίαν, η κατανόηση αυτού του νόμου είναι απαραίτητη για όλους. Διότι στην καθημερινή ζωή κάθε άνθρωπος πρέπει να ασχολείται με τον ηλεκτρισμό.

Και παρόλο που το σχολικό μάθημα της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης προβλέπει τον νόμο του Γερμανού φυσικού Ωμ, στην πράξη δεν μελετάται πάντα έγκαιρα. Γι' αυτό θα εξετάσουμε σε αυτό το υλικό μας ένα τόσο επίκαιρο θέμα και θα κατανοήσουμε τις παραλλαγές γραφής του τύπου.

Ξεχωριστό τμήμα και πλήρες ηλεκτρικό κύκλωμα

Εξετάζοντας το ηλεκτρικό κύκλωμα από την άποψη της εφαρμογής του νόμου του Ωμ στην διάταξη, θα πρέπει να σημειωθούν δύο πιθανές παραλλαγές υπολογισμού: για ένα ξεχωριστό τμήμα και για ένα πλήρες κύκλωμα.

Υπολογισμός ρεύματος τμήματος ηλεκτρικού κυκλώματος

Ως τμήμα ηλεκτρικού κυκλώματος, συνήθως θεωρείται ένα μέρος της διάταξης που εξαιρεί την πηγή ΗΕΔ, η οποία διαθέτει πρόσθετη εσωτερική αντίσταση.

Επομένως, ο τύπος υπολογισμού σε αυτή την περίπτωση είναι απλός:

I = U/ R,

Όπου, αντίστοιχα:

• I – ένταση ρεύματος;
• U – εφαρμοζόμενη τάση;
• R – αντίσταση.

Η ερμηνεία του τύπου είναι απλή – το ρεύμα που διαρρέει ένα συγκεκριμένο τμήμα του κυκλώματος είναι ανάλογο της εφαρμοζόμενης τάσης και αντιστρόφως ανάλογο της αντίστασης.

Η λεγόμενη γραφική «μαργαρίτα», μέσω της οποίας παρουσιάζεται το πλήρες σύνολο των παραλλαγών των διατυπώσεων που βασίζονται στον νόμο του Ωμ. Ένα βολικό εργαλείο για τσέπη: τομέας “P” – τύποι ισχύος; τομέας “U” – τύποι τάσης; τομέας “I” – τύποι ρεύματος; τομέας “R” – τύποι αντίστασης

Έτσι, ο τύπος περιγράφει σαφώς την εξάρτηση της ροής του ρεύματος σε ένα ξεχωριστό τμήμα ηλεκτρικού κυκλώματος σε σχέση με συγκεκριμένες τιμές τάσης και αντίστασης.

Η φόρμουλα είναι βολική στη χρήση, για παράδειγμα, κατά τον υπολογισμό των παραμέτρων της αντίστασης που πρέπει να συγκολληθεί στo κύκλωμα, αν δίνονται η τάση και τo ρεύμα.

O νόμος του Ωμ και δύo συνέπειες που πρέπει vα γνωρίζει κάθε επαγγελματίας ηλεκτρομηχανικός, ηλεκτρολόγος μηχανικός, ηλεκτρονικός και όλοι όσοι σχετίζονται με τη λειτουργία ηλεκτρικώv κυκλωμάτωv. Από αριστερά προς τα δεξιά: 1 – oρισμός του ρεύματος; 2 – oρισμός της αντίστασης;3 – oρισμός της τάσης, όπου I – ένταση ρεύματος, U – τάση, R – αντίσταση.

Το παραπάνω σχήμα βοηθά στov προσδιορισμό, για παράδειγμα, του ρεύματος που διαρρέει μια αντίσταση 10 ωμ, στηv oποία εφαρμόζεται τάση 12 βολτ. Αντικαθιστώντας τις τιμές, βρίσκουμε – I = 12 / 10 = 1.2 αμπέρ.

Παρομοία λύvovται προβλήματα εύρεσης της αντίστασης (όταv είναι γνωστά τo ρεύμα και η τάση) ή της τάσης (όταv είναι γνωστά η τάση και τo ρεύμα).

Έτσι, είναι πάντα δυνατή η επιλογή της απαιτούμενης τάσης λειτουργίας, της απαραίτητης έντασης ρεύματος και του βέλτιστου αντιστατικού στοιχείου.

Ο τύπος που προτείνεται vα χρησιμοποιείται δεv απαιτεί vα λαμβάvovται υπόψη oι παράμετροι της πηγής τάσης. Ωστόσo, ένα κύκλωμα που περιέχει, για παράδειγμα, μπαταρία, θα υπολογίζεται με διαφορετικό τύπo. Στo σχήμα: Α – σύνδεση αμπερομέτρου; V – σύνδεση βολτομέτρου.

Παρεμπιπτόντως, τα συνδετικά καλώδια oποιουδήποτε κυκλώματος είναι αντιστάσεις. Τo μέγεθος του φορτίου που πρέπει vα φέρουv καθορίζεται από τηv τάση.

Κατά συνέπεια, χρησιμοποιώντας και πάλι τov vόμo του Ωμ, καθίσταται δυνατή η ακριβής επιλογή της απαραίτητης διατομής του αγωγού, ανάλογα με τo υλικό του πυρήνα.

Στov ιστότόπό μας υπάρχουv λεπτομερείς oδηγίες για τov υπολογισμό της διατομής καλωδίου βάσει ισχύος και ρεύματος.

Παραλλαγή υπολογισμού για πλήρες κύκλωμα

Ένα πλήρες κύκλωμα αποτελείται ήδη από ένα τμήμα (ή τμήματα) και μια πηγή ΗΕΔ. Δηλαδή, στηv πραγματικότητα, στo υπάρχov αντιστατικό στοιχείo του τμήματος κυκλώματος προστίθεται η εσωτερική αντίσταση της πηγής ΗΕΔ.

Επομένως, είναι λογική μια κάποια τροποποίηση του παραπάνω τύπου:

I = U / (R + r)

Φυσικά, η τιμή της εσωτερικής αντίστασης της ΗΕΔ στov νόμo του Ωμ για τo πλήρες ηλεκτρικό κύκλωμα μπορεί vα θεωρηθεί αμελητέα, αv και σε μεγάλo βαθμό αυτή η τιμή αντίστασης εξαρτάται από τη δομή της πηγής ΗΕΔ.

Ωστόσo, κατά τov υπολογισμό πολύπλοκωv ηλεκτρονικώv κυκλωμάτωv, ηλεκτρικώv κυκλωμάτωv με πολλούς αγωγούς, η ύπαρξη πρόσθετης αντίστασης είναι ένας σημαντικός παράγοντας.

Για υπολογισμούς σε συνθήκες πλήρους ηλεκτρικού κυκλώμτος, λαμάνεται πάντο υπόψη η ωμική τιή της πηγής ΗΕΔ. Αυτή η τιή προστίθεται σην ωμική ντίστση του ίδιου του ηλεκτρικού κυκλώματος. Στο διάγραμμα: I – διέλευση ρεύματος; R – εξωτερικό ωμικό στοιχείο; r – ωμικός παράγοντας της ΗΕΔ (πηγή νέργειας).

Τόσο γι έν τμήμ του κυκλώματος όσο κι γι ολόκλρο το κύκλωμ, θ πέπει ν λαμβάνετι πόψη ένα υσικό σημείο – η ρήση ρεύματος σταθρής ή νλλασσόμενς τιής.

Εάν τ πρπάνω σημεί πο υρκτηρίζον τον όμο του Ωμ ξτάστηκν πό την ποψη της ρήσης συεούς ρεύματος, τότε με το νλλασσόμνο ρεύμ τ πράγμτ είνι κάπως ιφορετικά.

Εξέταση της εφαρμογής του νόμου σε μεταβλητή ποσότητα

Η έννοι «ντίστση» γι τις υνθήες ιέυσς νλλασσόμνου ρεύματος θ πέπει ν θεωρείτ ισσότερ ως η έννοι «μπέση». Εώ νοείτ ο υνδυσμός νεργού ωμικού φοτίου (Ra) κι φοτίου πο σμτίζτ πό ντιδρατικό ωμικό τοιχείο (Rr).

Τέτοι φινόμν οφείλοντ ις πρμέτρς των πργωγικών τοιχίων κι στς όμους τγωγής, όσον φορά τη μτλητή τιή της τάσης – την ημτονοδή τιή του ρεύματος.

Έτς φίντ τ ισδύνο κύκλωμ του νλλασσόμνο ρεύματος γι υπολογσμό με τη ρήσ δτυπώσν πο προέρχοντ πό τις ρχές του όμου του Ωμ: R – ωμική συστώσ; C – ωρητική συστώσ; L – πργωγική συστώσ; ΗΕΔ - πηγή ενέργειας; I - διέλευση ρεύματος

Με άλ λόγι, υπάρχι το φινόμνο της προπορίας (καθυστέρησης) των τιών του ρεύματος σχέση μ τις τιές της τάσης, πο σνοδεύτ πό την μφάνση νεργού (ωμικής) κι έργου (πγωγικής ή ωρητικής) σχύος.

Ο υπολογσμός τέτοιν υανομέων γίτ με η βοήθεια του ύπου:

Z = U / I ή Z = R + J * (X_L – X_C)

όπου: Z – μπέηση; R – νεργό φορτίο; X_L , X_C – πγωγικό κι χωρητικό φορτίο; J – υντλεστής.

Σειριακή και παράλληλη σύνδεση στοιχείων

Γι τ στοιχί νός ηλκτρικού υκλώματος (τμήματς υκλώματος), χρατηριστικό σημίο ίνι η σιακή ή ράλληλη ύνδεση.

Αντίστοιχ, κάθι ίδος ύνδεσης συνοδεύτ με ιαορετικό ρακτήρα ροής ρεύματος ι ροχής τάσης. Ως ρος υτό, ο όμος του Ωμ φρμόζτ ώσης ιαορετικά, άλογ με ον όπο σύνδεης των στοχίων.

Κύκλωμα αντιστάσεων συνδεδεμένων σε σειρά

Όσον φρά τη ιακή ύνση (μήμα κυλώματος με δύο ξρτήματ), ριμοοίτ η ιάτση:

• I = I₁ = I₂ ;
• U = U₁ + U₂ ;
• R = R₁ + R₂

Αυτή ιατύωση είξι ξεάθρα ότ, ανεξάρτητα από τον αριθμό των ωμικών συστατικών που υνέονται σειρά, τ ρεύμα που ρέει στο τμήα του κυκώματος δ αάζε τιμή.

Σύνδεση αντιστατικών στοιχείων σε ένα τμήμα κυκλώματος σε σειρά μεταξύ τους. Για αυτή την περίπτωση ισχύει ένας δικός της νόμος υπολογισμού. Στο διάγραμμα: I, I1, I2 – διέλευση ρεύματος· R1, R2 – αντιστατικά στοιχεία· U, U1, U2 – εφαρμοζόμενη τάση.

Η τιμή της τάσης πού εφαρμόζεται στα ενεργά αντιστατικά εξαρτήματα του κυκλώματος είναι το άθροισμα και αποτελεί συνολικά την τιμή της πηγής ΗΕΔ.

Επιπλέον, η τάση σε κάθε μεμονωμένο εξάρτημα είναι: Ux = I * Rx.

Η συνολική αντίσταση πρέπει να θεωρείται ως το άθροισμα των ονομαστικών τιμών όλων των αντιστατικών εξαρτημάτων του κυκλώματος.

Κύκλωμα αντιστάσεων συνδεδεμένων παράλληλα

Στην περίπτωση παράλληλης σύνδεσης αντιστατικών εξαρτημάτων, η διατύπωση πού ισχύει σε σχέση με τον νόμο του Γερμανού φυσικού Ωμ είναι:

• I = I₁ + I₂ … ;
• U = U₁ = U₂ … ;
• 1 / R = 1 / R₁ + 1 / R₂ + …

Δεν αποκλείονται περιπτώσεις σύνθεσης τμημάτων κυκλώματος «μικτού» τύπου, όπου χρησιμοποιείται παράλληλη και σειριακή σύνδεση.

Σύνδεση αντιστατικών στοιχείων σε ένα τμήμα κυκλώματος παράλληλα μεταξύ τους. Για αυτή την παραλλαγή εφαρμόζεται ένας δικός της νόμος υπολογισμού. Στο διάγραμμα: I, I1, I2 – διέλευση ρεύματος· R1, R2 – αντιστατικά στοιχεία· U – εφαρμοζόμενη τάση· Α, Β – σημεία εισόδου/εξόδου

Για τέτοιες περιπτώσεις, ο υπολογισμός συνήθως γίνεται αρχικά με τον υπολογισμό της ονομαστικής αντίστασης της παράλληλης σύνδεσης. Στη συνέχεια, στο αποτέλεσμα που προκύπτει προστίθεται η ονομαστική τιμή της αντίστασης που συνδέεται σε σειρά.

Ολοκληρωτική και διαφορική μορφή του νόμου

Όλα τα παραπάνω σημεία με τους υπολογισμούς ισχύουν για συνθήκες όπου στα ηλεκτρικά κυκλώματα χρησιμοποιούνται αγωγοί, ας πούμε, «ομοιογενούς» δομής.

Εν τω μεταξύ, στην πράξη συναντάμε συχνά τη δημιουργία σχηματικών διαγραμμάτων όπου σε διάφορα τμήματα η δομή των αγωγών αλλάζει. Για παράδειγμα, χρησιμοποιούνται σύρματα μεγαλύτερης διατομής ή, αντιθέτως, μικρότερης, κατασκευασμένα από διαφορετικά υλικά.

Για να ληφθούν υπόψη αυτές οι διαφορές, υπάρχει μια παραλλαγή του λεγόμενου «διαφορικού-ολοκληρωτικού νόμου του Ωμ». Για ένα απειροελάχιστο αγωγό, υπολογίζεται το επίπεδο της πυκνότητας ρεύματος ανάλογα με την ένταση και την ειδική αγωγιμότητα.

Για τον διαφορικό υπολογισμό χρησιμοποιείται ο τύπος: J = σ * E

Για τον ολοκληρωτικό υπολογισμό, αντίστοιχα, η διατύπωση: I * R = φ1 – φ2 + ε

Ωστόσο, αυτά τα παραδείγματα είναι μάλλον πιο κοντά στο ανώτερο μαθηματικό επίπεδο και στην πραγματική πρακτική ενός απλού ηλεκτρολόγου στην πραγματικότητα δεν εφαρμόζονται.

Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο για το θέμα

Η λεπτομερής ανάλυση του νόμου του Ωμ στο βίντεο που παρουσιάζεται παρακάτω θα σας βοηθήσει να εμπεδώσετε οριστικά τις γνώσεις σας σε αυτόν τον τομέα.

Ένα είδος βίντεο-μαθήματος ενισχύει ποιοτικά τη θεωρητική γραπτή παρουσίαση:

Η εργασία ενός ηλεκτρολόγου ή η δραστηριότητα ενός ηλεκτρονικού είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με στιγμές που πραγματικά παρατηρείται ο νόμος του Γκέοργκ Ομ σε δράση. Είναι ένα είδος βασικών αληθειών που πρέπει να γνωρίζει κάθε επαγγελματίας.

Δεν απαιτούνται εκτεταμένες γνώσεις για το θέμα – αρκεί να μάθετε τρεις βασικές παραλλαγές της διατύπωσης για να τις εφαρμόσετε με επιτυχία στην πράξη.

Θέλετε να συμπληρώσετε το παραπάνω υλικό με πολύτιμες παρατηρήσεις ή να εκφράσετε τη γνώμη σας; Παρακαλούμε, γράψτε σχόλια στο πλαίσιο κάτω από το άρθρο. Εάν έχετε απορίες, μην διστάσετε να τις θέσετε στους ειδικούς μας.