Snaga struje je jednaka omjeru. Šta je trenutna snaga
Za mjerenje jačine struje koristi se mjerni uređaj koji se naziva. Jačina struje mora se mjeriti mnogo rjeđe od napona ili otpora, ali, ipak, ako trebate odrediti potrošnju električne energije električnog uređaja, onda bez poznavanja količine struje koju troši, ne možete odrediti snagu.
Struja je, kao i napon, konstantna i promjenjiva, a za mjerenje njihove veličine potrebni su različiti mjerni instrumenti. Struja se označava slovom I, a broju, da bi bilo jasno da je ovo veličina struje, pripisuje se slovo I. Na primjer, I=5 A znači da je struja u mjerenom kolu 5 ampera.
On merni instrumenti za mjerenje naizmjenične struje ispred slova A stavlja se znak " ~ ", a postavljaju se oni namijenjeni za mjerenje jednosmjerne struje" – ". Na primjer, -I znači da je instrument dizajniran za mjerenje istosmjerne struje.
O tome šta je struja i zakonitosti njenog toka možete pročitati u popularnom obliku u članku na stranici "Zakon jačine struje". Prije mjerenja, toplo preporučujem da pročitate ovaj kratki članak. Na fotografiji ampermetar dizajniran za mjerenje snage jednosmjerne struje do 3 ampera.
Šema za mjerenje jačine struje ampermetrom
Prema zakonu, struja kroz žice teče u bilo kojoj tački zatvorenog kola iste veličine. Stoga, da biste izmjerili veličinu struje, morate spojiti uređaj tako što ćete prekinuti strujni krug na bilo kojem prikladnom mjestu. Treba napomenuti da prilikom mjerenja veličine struje nije važno koji se napon primjenjuje na električni krug. Izvor struje također može biti baterija od 1,5 V, baterija automobila od 12 V ili kućno napajanje od 220 V ili 380 V.
Dijagram mjerenja također pokazuje kako je ampermetar prikazan električni dijagrami. Ovo veliko slovo I zaokruženo.
Prilikom početka mjerenja jačine struje u strujnom kolu potrebno je, kao i kod svih drugih mjerenja, pripremiti uređaj, odnosno sklopke postaviti u položaj mjerenja struje, uzimajući u obzir njen tip, direktan ili naizmjeničan. Ako očekivana vrijednost struje nije poznata, tada se prekidač postavlja na poziciju mjerenja maksimalne struje.
Kako izmjeriti trenutnu potrošnju električnog uređaja
Za praktičnost i sigurnost rada na mjerenju struje koju troše električni uređaji, potrebno je napraviti poseban produžni kabel s dvije utičnice. Po izgledu, domaći produžni kabel se ne razlikuje od običnog produžetka.
Ali ako uklonite poklopce iz utičnica, nije teško primijetiti da njihovi zaključci nisu povezani paralelno, kao u svim produžnim kablovima, već u seriji.
Kao što možete vidjeti na fotografiji, mrežni napon se dovodi do donjih terminala utičnica, a gornji terminali su međusobno povezani kratkospojnikom od žice sa žutom izolacijom.
Sve je spremno za merenje. Utaknite utikač električnog uređaja u bilo koju od utičnica, a sonde ampermetra u drugu utičnicu. Prije mjerenja potrebno je sklopke uređaja podesiti u skladu sa vrstom struje (AC ili DC) i na maksimalnu granicu mjerenja.
Kao što se može vidjeti iz očitavanja ampermetra, potrošena struja uređaja bila je 0,25 A. Ako vam skala uređaja ne dozvoljava direktno očitavanje, kao u mom slučaju, tada morate izračunati rezultate, što je veoma nezgodno. Budući da je granica mjerenja ampermetra 0,5 A, da biste saznali vrijednost podjele, trebate podijeliti 0,5 A sa brojem podjela na skali. Za ovaj ampermetar ispada 0,5 / 100 \u003d 0,005 A. Strelica je odstupila za 50 podjela. Dakle, sada vam treba 0,005 × 50 = 0,25 A.
Kao što vidite, nije zgodno uzimati trenutna očitanja sa pokazivača i lako možete pogriješiti. Mnogo je praktičnije koristiti digitalne instrumente, kao što je multimetar M890G.
Fotografija prikazuje univerzalni multimetar, uključen u način mjerenja naizmjenične struje do granice od 10 A. Izmjerena struja koju je trošio električni uređaj iznosila je 5,1 A pri naponu napajanja od 220 V. Dakle, uređaj troši 1122 vata snage .
Multimetar ima dva sektora za mjerenje struje, označena slovima I- za jednosmernu struju i Ah~ za mjerenje varijable. Stoga je prije početka mjerenja potrebno odrediti vrstu struje, procijeniti njenu veličinu i postaviti pokazivač prekidača na odgovarajući položaj.
Multimetarska utičnica sa natpisom COM zajednička je za sve vrste mjerenja. Označene utičnice mA i 10A namijenjeni su samo za spajanje sonde prilikom mjerenja jačine struje. Kada je izmjerena struja manja od 200 mA, utikač sonde se ubacuje u mA utičnicu, a pri struji do 10 A u utičnicu od 10 A.
Pažnja, ako mjerite struju koja više puta prelazi 200 mA kada je utikač sonde u mA utičnici, multimetar se može oštetiti.
Ako vrijednost izmjerene struje nije poznata, mjerenje treba započeti postavljanjem granice mjerenja na 10 A. Ako je struja manja od 200 mA, prebacite uređaj u odgovarajući položaj. Prebacivanje režima merenja multimetra može se izvršiti samo de-napajanjem mernog kola.
Proračun snage električnog uređaja prema potrošnji struje
Poznavajući jačinu struje, moguće je odrediti potrošnju energije bilo kojeg potrošača električne energije, bilo da je u pitanju sijalica u automobilu ili klima uređaj u stanu. Dovoljno da se iskoristi jednostavan zakon fizičari, koji su istovremeno instalirali dva naučnici fizike, nezavisno jedno od drugog. 1841. James Joule, a 1842. Emil Lenz. Ovaj zakon je dobio ime po njima - Joule–Lenzov zakon.
Zasljepljujući bljesak munje, kotrljajuća grmljavina. Čovječanstvo je dugo posmatralo ove strašne prirodne pojave i, ne razumijevajući ih, osjećalo strah pred njima. A prije nešto više od stotinu godina, ljudi su naučili električne sile prirode da služe sebi.
Express Physics
U prirodi postoje sitne nabijene čestice. Postoje čestice koje su nabijene i imaju naboj sa predznakom plus, a postoje čestice koje imaju negativan naboj sa predznakom minus. Čestice koje imaju negativan naboj nazivaju se elektroni. Mogu raditi na metalnim provodnicima. I ovaj tok nabijenih čestica naučnici su nazvali električnom strujom.
Koje su karakteristike struje? Prvo, ovo je snaga struje i njena gustina, a drugo, ovo je snaga struje. Gustoću i snagu struje razmotrit ćemo u drugom članku, a sada ćemo obratiti pažnju na snagu struje. Hajde da razmotrimo šta je to, koju definiciju i značenje u fizici ova veličina ima. Koji je simbol za struju? Kako pronaći trenutnu snagu? Saznajemo zanimljive i informativne činjenice o snazi struje.
Jezik formula
Trenutna snaga je fizička količina, koji određuje ne raznolikost čestica koje su prošle kroz poprečni presjek provodnika, već ukupni naboj koji se prenosi kroz provodnik u jedinici vremena. izgleda ovako:
- I=q/t
Gdje je I naša jačina struje mjerena u Amperima (A), q je naelektrisanje koje prolazi kroz provodnik, njegove jedinice su Kuloni (C), a t je vrijeme posmatranja izmjereno u sekundama (s).
A prema Ohmovom zakonu, jačina struje se može odrediti na sljedeći način, a za to ćemo morati znati napon dijela kruga U izmjeren u voltima (V), i njegov otpor R izmjeren u Ohmima (Ohm):
- I=U/R
A kako odrediti jačinu struje, ako ne znamo naboj koji prolazi kroz provodnik? Kako pronaći trenutnu snagu ako to nije školski zadatak? Da biste to učinili, postoji poseban uređaj - ampermetar. Da bismo odredili jačinu struje, naš uređaj moramo spojiti u seriju s dijelom kola u kojem mjerimo jačinu struje. Biti u stanju odrediti jačinu struje vrlo je važno i jednostavno neophodno Svakodnevni život. Snaga struje od 0,01 Ampera se ne osjeća niti osjeća, ali je vrlo slaba. Ali trenutna snaga od 0,1 Ampera dovodi do velikih poremećaja u ljudskom tijelu. A struja veća od 0,2 Ampera je fatalna, rezultat je teške opekotine i prestati disati. Budite izuzetno oprezni i oprezni sa trenutnom snagom!
U prirodi postoje dvije glavne vrste materijala, provodni i neprovodni (dielektrici). Ovi materijali se razlikuju po prisutnosti uslova za kretanje električne struje (elektrona) u njima.
Izrađuju se od provodnih materijala (bakar, aluminijum, grafit i mnogi drugi). električni provodnici, u njima elektroni nisu vezani i mogu se slobodno kretati.
U dielektricima, elektroni su čvrsto vezani za atome, tako da struja ne može teći u njima. Izrađuju izolaciju za žice, dijelove električnih uređaja.
Da bi se elektroni počeli kretati u vodiču (struja je prošla kroz dio kruga), moraju stvoriti uvjete. Da biste to učinili, mora postojati višak elektrona na početku dijela lanca, a nedostatak na kraju. Za stvaranje takvih uvjeta koriste se izvori napona - baterije, baterije, elektrane.
Godine 1827 Georg Simon Ohm otkrio zakon električne struje. Po njemu su nazvani Zakon i mjerna jedinica otpora. Značenje zakona je sljedeće.
Što je cijev deblja i što je veći pritisak vode u vodoopskrbi (s povećanjem promjera cijevi, otpor prema vodi se smanjuje) - više vode će teći. Ako zamislimo da su voda elektroni ( struja), tada što je žica deblja i što je veći napon (s povećanjem poprečnog presjeka žice, otpor struje se smanjuje) - više struje će teći kroz dio strujnog kruga.
Količina struje koja teče kroz električno kolo je direktno proporcionalna primijenjenom naponu i obrnuto proporcionalna otporu kola.
Gdje I- jačina struje, mjerena u amperima i označena slovom I; U AT; R- otpor, mjeren u omima i označen Ohm.
Ako je poznat napon napajanja U i električni otpor R, zatim koristeći gornju formulu, koristeći online kalkulator, lako je odrediti jačinu struje koja teče kroz kolo I.
Koristeći Ohmov zakon, izračunavaju se električni parametri električnih instalacija, grijaćih elemenata i svih radio elemenata moderne elektronske opreme, bilo da se radi o kompjuteru, TV-u ili mobilnom telefonu.
Primjena Ohmovog zakona u praksi
U praksi je često potrebno odrediti ne trenutnu snagu I, i vrijednost otpora R. Transformacijom formule Ohmovog zakona možete izračunati vrijednost otpora R poznavajući struju koja teče I i napon U.
Vrijednost otpora će možda biti potrebno izračunati, na primjer, kada se proizvodi blok opterećenja za testiranje napajanja računara. Obično postoji naljepnica na kućištu napajanja računara koja navodi maksimalnu struju opterećenja za svaki napon. Dovoljno je da u polja kalkulatora unesemo date vrijednosti napona i maksimalnu struju opterećenja, a kao rezultat proračuna dobićemo vrijednost otpora opterećenja za dati napon. Na primjer, za napon od +5 V pri maksimalnoj struji od 20 A, otpor opterećenja će biti 0,25 oma.
Joule-Lenz zakonska formula
Izračunali smo vrijednost otpornika za proizvodnju jedinice opterećenja za napajanje računara, ali još uvijek moramo odrediti koji otpornik treba biti snaga? Tu će pomoći još jedan zakon fizike, koji su, nezavisno jedan od drugog, istovremeno otkrila dva fizičara. 1841. James Joule, a 1842. Emil Lenz. Ovaj zakon je dobio ime po njima - Joule-Lenzov zakon.
Snaga koju troši opterećenje direktno je proporcionalna primijenjenom naponu i struji koja teče. Drugim riječima, kada se promijeni vrijednost napona i struje, proporcionalno će se promijeniti i potrošnja energije.
gdje P- snaga, mjerena u vatima i označena uto;
U- napon, mjeren u voltima i označen slovom AT;
I- jačina struje, mjerena u amperima i označena slovom I.
Poznavajući napon napajanja i struju koju troši električni aparat, moguće je po formuli odrediti koliko energije on troši. Dovoljno je upisati podatke u polja ispod online kalkulatora.
Joule-Lenzov zakon također vam omogućava da saznate struju koju troši električni uređaj znajući njegovu snagu i napon napajanja. Količina potrošene struje potrebna je, na primjer, za odabir presjeka žice prilikom polaganja električnih instalacija ili za izračunavanje nazivne vrijednosti.
Na primjer, izračunajmo trenutnu potrošnju mašine za pranje veša. Prema pasošu, potrošnja energije je 2200 W, napon u kućnoj električnoj mreži je 220 V. Podatke ubacimo u prozore kalkulatora, dobijemo veš mašina troši struju od 10 A.
Drugi primjer, odlučite se ugraditi dodatna fara ili pojačalo zvuka u svoj automobil. Poznavajući potrošnju energije instaliranog električnog uređaja, lako je izračunati potrošenu struju i odabrati pravi poprečni presjek žice za spajanje na električnu instalaciju automobila. Pretpostavimo da dodatni far troši snagu od 100 W (snaga sijalice ugrađene u far), napon u automobilskoj mreži je 12 V. Vrijednosti snage i napona zamjenjujemo u prozore kalkulatora , dobijamo da će količina potrošene struje biti 8,33 A.
Razumijevši samo dvije najjednostavnije formule, lako možete izračunati struje koje teku kroz žice, potrošnju energije bilo kojeg električnog uređaja - praktički ćete početi razumjeti osnove elektrotehnike.
Transformirane formule Ohmovog zakona i Joule-Lenz-a
Na internetu sam sreo sliku u obliku okrugle ploče, u kojoj su uspješno postavljene formule Ohmovog zakona i Joule-Lenz-a i opcije za matematičku transformaciju formula. Ploča je nepovezana četiri sektora i vrlo je zgodna za praktičnu upotrebu.
Prema tablici, lako je odabrati formulu za izračunavanje potrebnog parametra električnog kruga prema još dva poznata. Na primjer, trebate odrediti trenutnu potrošnju proizvoda prema poznatoj snazi i naponu napajanja. Prema tabeli u trenutnom sektoru, vidimo da je formula I = P / U prikladna za izračun.
A ako trebate odrediti napon napajanja U količinom potrošnje energije P i količinom struje I, onda možete koristiti formulu donjeg lijevog sektora, formula U = P / I će učiniti.
Vrijednosti koje se zamjenjuju u formule moraju biti izražene u amperima, voltima, vatima ili omima.
16. Električna struja. Snaga struje. gustina struje
Električna struja - usmjereno kretanje električno nabijenih čestica pod utjecajem električnog polja.
Jačina struje (I) je skalarna vrijednost jednaka omjeru naboja (q) koji je prošao kroz poprečni presjek provodnika i vremenskog intervala (t) tokom kojeg je struja tekla.
I=q/t, gdje je I jačina struje, q je naboj, t je vrijeme.
Jedinica jačine struje u SI sistemu: [I]=1A (ampera)
17. Trenutni izvori. izvor emf
Izvor struje je uređaj u kojem se neki oblik energije pretvara u električnu energiju.
EMF - energetska karakteristika izvora. Ovo je fizička veličina jednaka omjeru rada vanjskih sila pri kretanju električnog naboja duž zatvorenog kola do ovog naboja:
Mjeri se u voltima (V).
EMF izvor je mreža s dva terminala, čiji napon na terminalima ne ovisi o struji koja teče kroz izvor i jednak je njegovom EMF-u. Izvorna emf može biti postavljena ili konstantna, ili kao funkcija vremena, ili kao funkcija vanjske kontrolne akcije.
18. Ohmov zakon : jačina struje koja teče kroz homogeni dio provodnika je direktno proporcionalna padu napona na vodiču:
-Omov zakon u integralnom obliku R- električni otpor kondukter
Recipročna vrijednost otpora naziva se provodljivost. Recipročna vrijednost otpornosti naziva se provodljivost: Recipročna vrijednost Ohma naziva se Siemens [Sm].
- Ohmov zakon u diferencijalnom obliku.
19. Generalizovani Ohmov zakon
Generalizovani Ohmov zakon određuje odnos između glavnih električnih veličina u dijelu jednosmjernog kola koji sadrži otpornik i idealan izvor EMF (slika 1.2):
Formula vrijedi za pozitivne smjerove pada napona u dijelu strujnog kruga prikazanom na slici 1.2 ( Uab), idealan izvor EMF ( E) i pozitivni smjer struje ( I).
Joule-Lenzov zakon
Izraz Joule-Lenzovog zakona
Integralni oblik prava
Ako prihvatimo da se strujna snaga i otpor provodnika ne mijenjaju tokom vremena, tada se Joule-Lenzov zakon može napisati u pojednostavljenom obliku:
Primjenjujući Ohmov zakon i algebarske transformacije, dobijamo sljedeće ekvivalentne formule:
Ekvivalentni izrazi za toplotu prema Ohmovom zakonu
Verbalna definicija Joule-Lenzovog zakona
Ako prihvatimo da se strujna snaga i otpor provodnika ne mijenjaju tokom vremena, tada se Joule-Lenzov zakon može napisati u pojednostavljenom obliku:
20. Magnetno polje - polje sile koje djeluje na pokretne električne naboje i na tijela s magnetskim momentom, bez obzira na stanje njihovog kretanja; magnetna komponenta elektromagnetnog polja
Magnetno polje može biti stvoreno strujom nabijenih čestica i/ili magnetnim momentima atoma elektrona (i magnetnim momentima drugih čestica, što se obično manifestira u znatno manjoj mjeri) (trajni magneti).
Osim toga, nastaje kao rezultat promjene vremena električnog polja.
Glavna karakteristika snage magnetnog polja je vektor magnetne indukcije (indukcijski vektor magnetsko polje). Sa matematičke tačke gledišta, to je vektorsko polje koje definira i specificira fizički koncept magnetskog polja. Često se vektor magnetske indukcije naziva jednostavno magnetnim poljem radi kratkoće (iako ovo vjerovatno nije najstroža upotreba termina).
Još jedna fundamentalna karakteristika magnetnog polja (alternativna magnetska indukcija i s njom blisko povezana, praktično jednaka po fizičkoj vrijednosti) je vektorski potencijal .
Zajedno, magnetski ielektričniforma poljaelektromagnetno polje, čije su manifestacije, posebno,svjetloi svi ostalielektromagnetnih talasa.
Magnetno polje se stvara (generira)struja naelektrisanih česticaili se menjaju tokom vremenaelektrično polje, ili vlastitimagnetni momentičestice (potonje se, radi ujednačenosti slike, može formalno svesti na električne struje)
Grafički prikaz magnetnih polja
Za grafički prikaz magnetnih polja koriste se linije magnetne indukcije. Linija magnetske indukcije je linija, u čijoj je tački vektor magnetske indukcije usmjeren tangencijalno na nju.
Ako se izolirani provodnik stavi u električno polje \(\overrightarrow(E)\), tada će sila \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) djelovati na slobodne naboje \(q\) Kao rezultat provodnika, dolazi do kratkotrajnog kretanja slobodnih naelektrisanja. Ovaj proces će se završiti kada vlastito električno polje naboja koji su nastali na površini vodiča u potpunosti kompenzira vanjsko polje. Rezultirajuće elektrostatičko polje unutar provodnika bit će nula.
Međutim, u provodnicima, pod određenim uvjetima, može doći do kontinuiranog uređenog kretanja slobodnih nosilaca električnog naboja.
Usmjereno kretanje nabijenih čestica naziva se električna struja.
Smjer kretanja pozitivnih slobodnih naboja uzima se kao smjer električne struje. Za postojanje električne struje u provodniku potrebno je u njemu stvoriti električno polje.
Kvantitativna mjera električne struje je jačina struje\(I\) je skalarna fizička veličina jednaka omjeru naboja \(\Delta q\) prenesenog kroz poprečni presjek provodnika (slika 1.8.1) u vremenskom intervalu \(\Delta t\) , do ovog vremenskog intervala:
$$I = \frac(\Delta q)(\Delta t) $$
Ako se jačina struje i njen smjer ne mijenjaju s vremenom, onda se takva struja naziva trajno .
AT međunarodni sistem Jačina struje u jedinicama SI mjeri se u amperima (A). Jedinica struje 1 A je postavljena magnetskom interakcijom dva paralelna provodnika sa strujom.
Konstantna električna struja se može generirati samo u zatvoreno kolo , u kojem slobodni nosioci naboja kruže zatvorenim putevima. Električno polje u različitim tačkama takvog kola je konstantno tokom vremena. Posljedično, električno polje u DC kolu ima karakter zamrznutog elektrostatičkog polja. Ali kada se pomiče električni naboj u elektrostatičkom polju duž zatvorene putanje, rad električnih sila je nula. Stoga je za postojanje jednosmjerne struje potrebno u električnom kolu imati uređaj koji može stvarati i održavati razlike potencijala u dijelovima kola uslijed rada sila. neelektrostatičkog porijekla. Takvi uređaji se nazivaju izvori jednosmerne struje . Zovu se sile neelektrostatičkog porijekla koje djeluju na slobodne nosioce naboja iz izvora struje spoljne sile .
Priroda vanjskih sila može biti različita. U galvanskim ćelijama ili baterijama nastaju kao rezultat elektrohemijskih procesa, u DC generatorima vanjske sile nastaju kada se vodiči kreću u magnetskom polju. Izvor struje u električnom krugu igra istu ulogu kao i pumpa, koja je neophodna za pumpanje tekućine u zatvorenom hidrauličnom sistemu. Pod utjecajem vanjskih sila, električni naboji se kreću unutar izvora struje vs sile elektrostatičkog polja, zbog kojih se u zatvorenom kolu može održavati konstantna električna struja.
Kada se električni naboji kreću duž istosmjernog kola, vanjske sile koje djeluju unutar izvora struje rade.
Fizička veličina jednaka omjeru rada \ (A_ (st) \) vanjskih sila pri pomicanju naboja \ (q \) sa negativnog pola izvora struje na pozitivan prema vrijednosti ovog naboja naziva se izvor elektromotorne sile (EMF):
$$EMF=\varepsilon=\frac(A_(st))(q). $$
Dakle, EMF je određen radom vanjskih sila pri pomicanju jednog pozitivnog naboja. Elektromotorna sila, kao i razlika potencijala, mjeri se u Volti (V).
Kada se jedno pozitivno naelektrisanje kreće duž zatvorenog istosmjernog kola, rad vanjskih sila jednak je zbiru EMF-a koji djeluje u ovom krugu, a rad elektrostatičkog polja je nula.
DC kolo se može podijeliti u zasebne sekcije. Oni dijelovi na koje ne djeluju vanjske sile (tj. presjeci koji ne sadrže izvore struje) nazivaju se homogena . Područja koja uključuju trenutne izvore nazivaju se heterogena .
Kada se jedinični pozitivni naboj kreće duž određenog dijela kola, djeluju i elektrostatičke (kulonove) i vanjske sile. Rad elektrostatičkih sila jednak je razlici potencijala \(\Delta \phi_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)\) između početne (1) i krajnje (2) tačke nehomogenog presjeka . Rad vanjskih sila je, po definiciji, elektromotorna sila \(\mathcal(E)\) koja djeluje na ovu dionicu. Dakle, ukupan posao je
$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E)$$
vrijednost U 12 se zove tenzija na dijelu lanca 1-2. U slučaju homogenog preseka, napon je jednak razlici potencijala:
$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)$$
Njemački fizičar G. Ohm je 1826. godine eksperimentalno utvrdio da je jačina struje \ (I \) koja teče kroz homogeni metalni provodnik (tj. provodnik na koji ne djeluju vanjske sile) proporcionalna naponu \ (U \) na krajevi provodnika:
$$I = \frac(1)(R)U; \: U = IR$$
gdje je \(R\) = konst.
vrijednost R pozvao električni otpor . Provodnik sa električnim otporom naziva se otpornik . Ovaj odnos izražava Ohmov zakon za homogeni dio lanca: Struja u vodiču je direktno proporcionalna primijenjenom naponu i obrnuto proporcionalna otporu provodnika.
U SI, jedinica električnog otpora provodnika je Ohm (Ohm). Otpor od 1 oma ima dio kola u kojem se, pri naponu od 1 V, javlja struja od 1 A.
Zovu se provodnici koji poštuju Ohmov zakon linearno . Grafička zavisnost jačine struje \ (I \) od napona \ (U \) (takvi grafovi se nazivaju volt-amper karakteristike , skraćeno VAC) predstavljen je pravom linijom koja prolazi kroz ishodište. Treba napomenuti da postoje mnogi materijali i uređaji koji se ne pridržavaju Ohmovog zakona, kao što su poluvodička dioda ili lampa na plinsko pražnjenje. Čak i za metalne vodiče pri strujama dovoljno velike jačine, uočava se odstupanje od Ohmovog linearnog zakona, budući da se električni otpor metalnih vodiča povećava s povećanjem temperature.
Za dio kola koji sadrži EMF, Ohmov zakon je napisan u sljedećem obliku:
$$IR = U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E) = \Delta \phi_(12) + \mathcal(E)$$
$$\boja(plava)(I = \frac(U)(R))$$
Ovaj omjer se zove generalizovani Ohmov zakon ili Ohmov zakon za nehomogeni dio lanca.
Na sl. 1.8.2 prikazuje zatvoreni jednosmjerni krug. Presjek lanca ( cd) je homogena.
|
|
|
Slika 1.8.2. DC kolo |
Ohmov zakon
$$IR = \Delta\phi_(cd)$$
parcela ( ab) sadrži izvor struje sa EMF jednakim \(\mathcal(E)\).
Prema Ohmovom zakonu za heterogeno područje,
$$Ir = \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$
Zbrajanjem obe jednakosti dobijamo:
$$I(R+r) = \Delta\phi_(cd) + \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$
Ali \(\Delta\phi_(cd) = \Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab)\).
$$\color(plava)(I=\frac(\mathcal(E))(R + r))$$
Ova formula izražava Ohmov zakon za kompletno kolo : jačina struje u kompletnom kolu jednaka je elektromotornoj sili izvora, podijeljenoj sa zbirom otpora homogenog i nehomogenog dijela kola (unutrašnji otpor izvora).
Otpor r heterogeno područje na sl. 1.8.2 može se posmatrati kao unutrašnji otpor izvora struje . U ovom slučaju, zaplet ( ab) na sl. 1.8.2 je unutrašnji dio izvora. Ako bodovi a i b zatvoriti vodičem čiji je otpor mali u odnosu na unutrašnji otpor izvora (\ (R\ \ll r\)), tada će strujni krug teći struja kratkog spoja
$$I_(kz)=\frac(\mathcal(E))(r)$$
Struja kratkog spoja - maksimalna struja koja se može dobiti dati izvor sa elektromotornom silom \(\mathcal(E)\) i unutrašnjim otporom \(r\). Za izvore sa malim unutrašnjim otporom, struja kratkog spoja može biti vrlo velika i uzrokovati uništenje električnog kola ili izvora. Na primjer, olovne baterije koje se koriste u automobilima mogu imati struju kratkog spoja od nekoliko stotina ampera. Posebno su opasni kratki spojevi u rasvjetnim mrežama koje napajaju trafostanice (hiljade ampera). Da bi se izbjegao destruktivni učinak tako velikih struja, osigurači ili specijalne mašine zaštita mreže.
U nekim slučajevima, kako bi se spriječile opasne vrijednosti struje kratkog spoja, neki vanjski otpor je povezan serijski na izvor. Zatim otpor r jednaka je zbroju unutrašnjeg otpora izvora i vanjskog otpora, a u slučaju kratkog spoja jačina struje neće biti pretjerano velika.
Ako je vanjsko kolo otvoreno, tada je \(\Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab) = \mathcal(E)\), tj. razlika potencijala na polovima otvorene baterije jednaka je njegov EMF.
Ako je vanjski otpor opterećenja R uključen i struja teče kroz bateriju I, razlika potencijala na njegovim polovima postaje jednaka
$$\Delta \phi_(ba) = \mathcal(E) - Ir$$
Na sl. 1.8.3 je šematski prikaz DC izvora sa EMF jednakim \(\mathcal(E)\) i unutrašnjim otporom r u tri režima: "prazni", rad na opterećenju i režim kratkog spoja (kratki spoj). Intenzitet \(\overrightarrow(E)\) električnog polja unutar baterije i sile koje djeluju na pozitivne naboje su označene: \(\overrightarrow(F)_(e)\) - električna sila i \(\overrightarrow( F)_(st )\) je vanjska sila. U režimu kratkog spoja, električno polje unutar baterije nestaje.
Za mjerenje napona i struja u DC električnim krugovima koriste se posebni uređaji - voltmetri i ampermetri.
Voltmetar dizajniran za mjerenje razlike potencijala primijenjene na njegove terminale. On se povezuje paralelno dio kola na kojem se vrši mjerenje razlike potencijala. Svaki voltmetar ima neki unutrašnji otpor \(R_(V)\). Kako voltmetar ne bi doveo do primjetne preraspodjele struja kada je priključen na mjereno kolo, njegov unutarnji otpor mora biti velik u odnosu na otpor dijela kola na koji je spojen. Za kolo prikazano na sl. 1.8.4, ovaj uslov se piše kao:
$$R_(B) \gg R_(1)$$
Ovaj uslov znači da je struja \(I_(V) = \Delta \phi_(cd) / R_(V)\) koja teče kroz voltmetar mnogo manja od struje \(I = \Delta \phi_(cd) / R_ (1 )\), koji teče kroz testirani dio kola.
Budući da unutar voltmetra ne djeluju vanjske sile, razlika potencijala na njegovim terminalima poklapa se, po definiciji, s naponom. Stoga možemo reći da voltmetar mjeri napon.
Ampermetar dizajniran za mjerenje struje u kolu. Ampermetar je serijski spojen na prekid u električnom kolu tako da cijela izmjerena struja prolazi kroz njega. Ampermetar također ima neki unutrašnji otpor \(R_(A)\). Za razliku od voltmetra, unutrašnji otpor ampermetra mora biti dovoljno mali u poređenju sa ukupnim otporom čitavog kola. Za kolo na sl. 1.8.4 otpor ampermetra mora zadovoljiti uslov
$$R_(A) \ll (r + R_(1) + R(2))$$
tako da kada se ampermetar uključi, struja u kolu se ne mijenja.
Mjerni instrumenti - voltmetri i ampermetri - su dvije vrste: pokazivački (analogni) i digitalni. Digitalna električna brojila su složeni elektronski uređaji. Obično digitalni instrumenti pružaju veću preciznost mjerenja.