To skomplikowało prawo Ohma. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Początkujący amator radiowy

 Komentarze do artykułu

Nie ma wątpliwości, że każdy zna prawo Ohma dla odcinka obwodu pokazanego na ryc. 3a: U = IR, gdzie U jest spadkiem napięcia na przekroju; I - prąd w obwodzie; R jest rezystancją tego odcinka obwodu. Szkoda popełnić błąd w prawie Ohma, ale jeśli jeszcze nie zapamiętałeś tego wzoru, użyj rys. 3b. Wystarczy zamknąć palcem żądaną wartość, aby uzyskać odpowiedź, przez co należy pomnożyć lub podzielić. Zaleca się stosowanie układu jednostek SI, gdzie napięcie wyraża się w woltach, rezystancję w omach, a prąd w amperach. Jednak przy obliczaniu obwodów radiowych wygodne może być pobranie prądu w miliamperach i rezystancji w kiloomach - wtedy współczynniki 10-3 i 103 zmniejszą się, a napięcie nadal będzie w woltach.

Wyraźmy prąd I = U/R. Zależność prądu od napięcia jest wprost proporcjonalna, na wykresie l (U) jest wyświetlana jako linia prosta (ryc. 3, c). Ta zależność jest często nazywana liniową.

Bierzemy więc baterię z latarki 4,5 V i podłączamy do niej rezystor 1 om i amperomierz połączony szeregowo (zawsze jest połączony szeregowo z obciążeniem). Zamiast oczekiwanych 4,5 A dostajemy znacznie mniej! O co chodzi, czy prawo Ohma naprawdę nie działa? Będziemy musieli zbadać to zjawisko i podłączyć woltomierz równolegle z rezystorem. Wskaże napięcie mniejsze niż 4,5 V i równe U = I R. Gdzie reszta napięcia „spada”? O rezystancji wewnętrznej akumulatora, której nie uwzględniliśmy w poprzednich obliczeniach. Tutaj musisz użyć prawa Ohma dla pełnego obwodu: I \u4d E / (r + R), gdzie E jest siłą elektromotoryczną akumulatora (emf, jest wskazany na opakowaniu, a nie w ogóle napięcie); r - opór wewnętrzny. Te dwa parametry w pełni charakteryzują obecne źródło. Schemat eksperymentu i kolejność włączania przyrządów przedstawiono na rys. . XNUMX.

Zobaczmy, jak prąd i napięcie na obciążeniu zależą od jego rezystancji R. Napięcie na obciążeniu U = l R = ER/(r + R). Jeśli rezystancja obciążenia zostanie zwiększona do nieskończoności, prąd będzie dążył do zera, a napięcie będzie dążyć do pola elektromagnetycznego. Znalezienie pola elektromagnetycznego jest łatwe, wystarczy podłączyć woltomierz (bez obciążenia) do zacisków akumulatora. Przyjmuje się, że woltomierz jest „dobry” - wysokooporowy, czyli pobierający znikomy prąd. Jeśli nie, to „zły” woltomierz pokaże napięcie mniejsze niż EMF o wartość Ivr, gdzie Iv jest prądem pobieranym przez woltomierz.

Skierujmy teraz rezystancję obciążenia do zera, wtedy prąd w obwodzie będzie równy prądowi zwarciowemu Ikz \u4d E / r. Teraz amperomierz pokazany na rys. XNUMX musi być „dobry”, tj. mieć wyjątkowo niski opór własny ra. W przeciwnym razie nie zostanie zmierzony Ikz, ale mniejszy prąd równy E / (r + ra). Możliwy jest pomiar prądu zwarciowego amperomierzem tylko dla ogniw i akumulatorów o jak największej mocy (wówczas jest on niewielki, a bardzo zwarcie zacisków nie szkodzi akumulatorowi). W przypadku wielu akumulatorów Ikz może osiągnąć setki i tysiące amperów - taki prąd stopi miedziane druty i żelazne gwoździe i na pewno zniszczy amperomierz.

Na szczęście nie trzeba przeprowadzać takiego eksperymentu, a opór wewnętrzny można łatwo znaleźć za pomocą obliczeń. Jeśli zmierzysz EMF za pomocą woltomierza o wysokiej rezystancji, a następnie napięcie U przy znanym obciążeniu R, to z prawa Ohma dla odcinka obwodu łatwo jest znaleźć I \u1d U / R. Możesz również zmierzyć prąd, wtedy nawet nie trzeba znać rezystancji. Przekształćmy teraz wzór prawa Ohma dla całego łańcucha: r = E/I - R. Podstawiając I mamy r = R(E/U-XNUMX).

To samo obliczenie można wykonać graficznie. Dla całego obwodu pokazanego na rys. 4, wykreślamy zależność prądu płynącego przez obciążenie od napięcia na nim, pod warunkiem, że rezystancja zmienia się od 0 do nieskończoności. Gdy rezystancja wynosi 0, prąd jest maksymalny i równy lK3, natomiast napięcie wynosi 0 - otrzymujemy punkt a. Zwiększmy rezystancję do nieskończoności (wyłączmy) - napięcie wzrośnie do E - otrzymamy punkt b. Wystarczą dwa punkty, aby poprowadzić przez nie linię prostą ab - nazywa się to charakterystyką obciążenia (linia gruba).

Teraz włączając pewien opór R, mierząc na nim napięcie U i obliczając prąd I, otrzymujemy punkt c. Łatwo jest go również znaleźć graficznie, wykreślając l(U) w tych samych współrzędnych dla danego oporu R, takich samych jak na ryc. 3c (cienka linia na ryc. 5). Przecięcie dwóch prostych daje punkt c.

W powyższym obliczeniu w rzeczywistości znaleźliśmy punkty b i c, mierząc SEM i napięcie na obciążeniu. Przeciągając przez nie linię prostą, znajdujemy również punkt a na przecięciu z osią pionową (Ikz), a zatem opór wewnętrzny r.

Spróbujmy teraz odpowiedzieć na pytanie, jaka moc P jest uwalniana w obciążeniu? Jak wiesz, Р = U·I. Wolty pomnożone przez ampery dają waty. Jeśli prąd jest mierzony w miliamperach, a napięcie jest w woltach, wówczas moc uzyskuje się w miliwatach. Korzystając z tego wzoru, łatwo jest znaleźć moc rozpraszaną przez rezystory. Na przykład, jeśli napięcie 1,2 V zostanie przyłożone do rezystora 12 kΩ, prąd wyniesie 10 mA, a rozproszenie mocy wyniesie 120 mW. Graficznie potęga jest równa polu prostokąta zbudowanego na osiach współrzędnych i dotykającego wierzchołka punktu c (jest zacieniony na ryc. 5).

Rezystancję obciążenia można wybrać w bardzo interesującym punkcie d, gdzie U = E/2 i I = lK3/2. W tych warunkach rezystancja obciążenia jest równa rezystancji wewnętrznej źródła, tj. R \uXNUMXd r, a powierzchnia prostokąta odpowiadająca mocy P rozproszonej w obciążeniu będzie maksymalna. Spróbuj samemu udowodnić to stanowisko dla zabawy, albo algebraicznie – znajdując maksimum funkcji, albo udowadniając twierdzenie geometryczne. Warunek R = r nazywany jest warunkiem dopasowania, a obciążenie nazywane jest dopasowanym. Jednocześnie wyzwala się w nim największa moc.

Rzeczywiście, przy wysokich rezystancjach obciążenia prąd spada w granicy do zera, a napięcie nie może przekroczyć pola elektromagnetycznego. W konsekwencji moc w obciążeniu dąży do zera. Inny skrajny przypadek jest mniej oczywisty, gdy rezystancja obciążenia dąży do zera Wtedy prąd wzrasta do lK3, ale napięcie U dąży do zera, co oznacza, że ​​moc w obciążeniu również spada. Należy zauważyć, że moc w tym przypadku nadal jest rozpraszana, ale wcale nie tam, gdzie jest potrzebna - na rezystancji wewnętrznej źródła. Wielokrotnie zaobserwowano, że zwarte ogniwo galwaniczne nagrzewa się, jednocześnie szybko wyczerpując swoją pojemność.

Ostatnim pytaniem do dzisiejszej dyskusji jest jaka jest sprawność układu pokazanego na ryc. 4? Z definicji sprawność jest równa stosunkowi mocy rozpraszanej w obciążeniu do całkowitej mocy pobieranej w obwodzie. Ta ostatnia jest równa E 1, a sprawność = U l/E l = U/E. Pokazuje to, że sprawność jest bliska jedności tylko przy dużych rezystancjach obciążenia, przy pracy z małymi prądami, gdy U jest prawie równe E, a spadek napięcia na rezystancji wewnętrznej źródła jest niewielki. Przy dopasowaniu wydajność = 0,5 (50%) i połowa całkowitej mocy jest zużywana wewnątrz źródła, a druga połowa - w obciążeniu. W trybach bliskich zwarciu wydajność jest bardzo mała. Jest to jeden z powodów, dla których bardziej opłaca się rozładowywać ogniwa galwaniczne małym prądem.

A teraz kolejna „praca domowa”. Zostałeś przywieziony na wyspę, zapada noc, następny lot łodzi jest opóźniony i musi dać sygnał świetlny. Wśród ekwipunku ekspedycji znalazłeś latarkę z do połowy rozładowanym akumulatorem, multimetr i trzy żarówki: 12 Vx0,1 A, 6 Vx0,2 A i 3 Vx0,4 A. Pomiary parametrów akumulatora wykazały jego EMF 12 V i prąd zwarciowy 0,4 A. Jaką żarówkę wybrać, aby światło było jak najjaśniejsze? (Zauważ, że obwód latarni odpowiada rys. 4, tylko przełącznik nie jest pokazany.).

Autor: V.Polyakov, Moskwa

Zobacz inne artykuły Sekcja Początkujący amator radiowy.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Sztuczna skóra do emulacji dotyku 15.04.2024

W świecie nowoczesnych technologii, w którym dystans staje się coraz bardziej powszechny, ważne jest utrzymywanie kontaktu i poczucia bliskości. Niedawne odkrycia w dziedzinie sztucznej skóry dokonane przez niemieckich naukowców z Uniwersytetu Saary wyznaczają nową erę wirtualnych interakcji. Niemieccy naukowcy z Uniwersytetu Saary opracowali ultracienkie folie, które mogą przenosić wrażenie dotyku na odległość. Ta najnowocześniejsza technologia zapewnia nowe możliwości wirtualnej komunikacji, szczególnie tym, którzy znajdują się daleko od swoich bliskich. Ultracienkie folie opracowane przez naukowców, o grubości zaledwie 50 mikrometrów, można wkomponować w tekstylia i nosić jak drugą skórę. Folie te działają jak czujniki rozpoznające sygnały dotykowe od mamy lub taty oraz jako elementy uruchamiające, które przekazują te ruchy dziecku. Dotyk rodziców do tkaniny aktywuje czujniki, które reagują na nacisk i odkształcają ultracienką warstwę. Ten ... >>

Żwirek dla kota Petgugu Global 15.04.2024

Opieka nad zwierzętami często może być wyzwaniem, szczególnie jeśli chodzi o utrzymanie domu w czystości. Zaprezentowano nowe, ciekawe rozwiązanie od startupu Petgugu Global, które ułatwi życie właścicielom kotów i pomoże im utrzymać w domu idealną czystość i porządek. Startup Petgugu Global zaprezentował wyjątkową toaletę dla kotów, która automatycznie spłukuje odchody, utrzymując Twój dom w czystości i świeżości. To innowacyjne urządzenie jest wyposażone w różne inteligentne czujniki, które monitorują aktywność Twojego zwierzaka w toalecie i aktywują automatyczne czyszczenie po użyciu. Urządzenie podłącza się do sieci kanalizacyjnej i zapewnia sprawne usuwanie nieczystości bez konieczności ingerencji właściciela. Dodatkowo toaleta ma dużą pojemność do spłukiwania, co czyni ją idealną dla gospodarstw domowych, w których mieszka więcej kotów. Miska na kuwetę Petgugu jest przeznaczona do stosowania z żwirkami rozpuszczalnymi w wodzie i oferuje szereg dodatkowych funkcji ... >>

Atrakcyjność troskliwych mężczyzn 14.04.2024

Od dawna panuje stereotyp, że kobiety wolą „złych chłopców”. Jednak najnowsze badania przeprowadzone przez brytyjskich naukowców z Monash University oferują nowe spojrzenie na tę kwestię. Przyjrzeli się, jak kobiety reagowały na emocjonalną odpowiedzialność mężczyzn i chęć pomagania innym. Wyniki badania mogą zmienić nasze rozumienie tego, co sprawia, że ​​mężczyźni są atrakcyjni dla kobiet. Badanie przeprowadzone przez naukowców z Monash University prowadzi do nowych odkryć na temat atrakcyjności mężczyzn w oczach kobiet. W eksperymencie kobietom pokazywano zdjęcia mężczyzn z krótkimi historiami dotyczącymi ich zachowania w różnych sytuacjach, w tym reakcji na spotkanie z bezdomnym. Część mężczyzn ignorowała bezdomnego, inni natomiast pomagali mu, kupując mu jedzenie. Badanie wykazało, że mężczyźni, którzy okazali empatię i życzliwość, byli bardziej atrakcyjni dla kobiet w porównaniu z mężczyznami, którzy okazali empatię i życzliwość. ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum Diamentowy czujnik pola magnetycznego 19.07.2022 Zespół naukowców pod kierunkiem Instytutu Fraunhofera Stosowanej Fizyki Ciała Stałego opracował laserowy czujnik diamentowy. Technologia wykorzystuje defekty kwantowe diamentu (centra NV) do wykrywania pola magnetycznego. Centrum NV lub wakat podstawiony azotem jest jedną z wielu defektów punktowych w diamencie. Powstaje, gdy zaburzona jest struktura sieci krystalicznej minerału. Gdy atom węgla jest usuwany z miejsca sieci, powstały w tym miejscu wakat jest związany z atomem azotu. Naukowcy wyjaśniają, że ilość światła wychodzącego z centrum NV zmienia się w zależności od natężenia pola magnetycznego. Z tego efektu korzystają już naukowcy, ale w istniejących instalacjach większość tego promieniowania jest tracona. „Naszym przełomem było stworzenie lasera do wykrywania defektów. Zbierając całe światło, a nie tylko jego niewielką ilość, za pomocą naszego czujnika możemy 10 razy dokładniej wykrywać pole magnetyczne w porównaniu z dzisiejszą najlepszą praktyką” – mówi Andrew Greentry , profesor w Royal Melbourne Institute of Technology Institute i jeden z autorów badania. Laser pompujący (532 nm) i laser zarodkowy (710 nm) są połączone ze zwierciadłem dichroicznym (DM) i są ogniskowane oddzielnie w rezonatorze. Zielony laser jest blokowany przez filtry wycinające 532 nm (NF). Czujniki rejestrują światło przeszłe (det1), światło odbite (det2) oraz fotoluminescencję (det3). Nowa technologia pomoże ulepszyć metody pomiaru pola magnetycznego w celu mapowania aktywności mózgu i identyfikowania zaburzeń. Nowoczesne urządzenia do magnetoencefalografii są bardzo czułe, ale też nieporęczne, drogie w instalacji i wymagają pracy w ultraniskich temperaturach z ciekłym helem. Za pomocą diamentowego czujnika laserowego można stworzyć kompaktowe urządzenia, które będą działać w temperaturze pokojowej. Dostępna technologia pomoże we wczesnym wykrywaniu choroby Alzheimera, epilepsji i innych zaburzeń mózgu. Ponadto urządzenie może być przydatne w górnictwie. Na przykład bardzo precyzyjne wykrywanie pól magnetycznych pomoże w eksploracji złóż mineralnych.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Fale upałów oceanu zagrażają życiu morskiemu

▪ Myjnia samochodowa z bakteriami

▪ Śmiertelna szkoda papierosów elektronicznych

▪ Paliwo lotnicze z oleju sojowego

▪ tranzystory papierowe

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja serwisu Technologia cyfrowa. Wybór artykułu

▪ artykuł Kłopoty, skoro szewc zaczyna piec ciasta… Popularne wyrażenie

▪ artykuł Gdzie i kiedy etykiety wina służyły jako pieniądz? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Piła wahadłowa. warsztat domowy

▪ artykuł Antena na pasma od 10 do 160 metrów. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Gniazdo samochodowe 220 V 400 W. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua
2000-2024