Legge di Ohm per un circuito completo

Nell'ingegneria elettrica ci sono termini: sezione e circuito completo.

Il sito si chiama:

• parte di un circuito elettrico all'interno di una sorgente di corrente o tensione;

• l'intero circuito esterno o interno di elementi elettrici collegati alla sorgente o parte di essa.

Il termine «circuito completo» è usato per riferirsi a un circuito con tutti i circuiti assemblati, tra cui:

• fonti;

• utenti;

• fili di collegamento.

Tali definizioni aiutano a navigare meglio nei circuiti, capirne le caratteristiche, analizzare il lavoro, ricercare danni e malfunzionamenti. Sono incorporati nella legge di Ohm, che consente di risolvere le stesse domande per ottimizzare i processi elettrici per le esigenze umane.

La ricerca fondamentale di Georg Simon Ohm si applica praticamente a tutti sezione del circuito o lo schema completo.

Come funziona la legge di Ohm per un circuito CC completo

Prendiamo ad esempio una cella galvanica, che è comunemente chiamata batteria, con una differenza di potenziale U tra anodo e catodo. Colleghiamo una lampadina con un filamento ai suoi terminali, che ha una semplice resistenza resistiva R.

Una corrente I = U / R creata dal movimento degli elettroni nel metallo fluirà attraverso il filamento. Il circuito formato dai fili della batteria, dai fili di collegamento e dalla lampadina si riferisce alla parte esterna del circuito.

La corrente fluirà anche nella sezione interna tra gli elettrodi della batteria. I suoi portatori saranno ioni caricati positivamente e negativamente. Gli elettroni saranno attratti dal catodo e gli ioni positivi saranno respinti da esso verso l'anodo.

In questo modo, sul catodo e sull'anodo si accumulano cariche positive e negative e tra loro si crea una differenza di potenziale.

Il movimento completo degli ioni nell'elettrolita è ostacolato resistenza interna della batteriacontrassegnato con «r». Limita l'uscita di corrente al circuito esterno e ne riduce la potenza a un certo valore.

Nel circuito completo del circuito, la corrente scorre attraverso i circuiti interno ed esterno, superando la resistenza totale R + r delle due sezioni in serie. Il suo valore è influenzato dalla forza applicata agli elettrodi, che è chiamata elettromotrice o EMF in breve ed è indicata dall'indice «E».

Il suo valore può essere misurato con un voltmetro ai terminali della batteria senza carico (nessun circuito esterno). Con un carico collegato nello stesso punto, il voltmetro mostra la tensione U. In altre parole: senza carico sui terminali della batteria, U ed E corrispondono in grandezza, e quando la corrente scorre attraverso il circuito esterno, U < E.

La forza E forma il movimento delle cariche elettriche in un circuito completo e ne determina il valore I = E / (R + r).

Questa espressione matematica definisce la legge di Ohm per un circuito CC completo. La sua azione è illustrata in maggior dettaglio sul lato destro dell'immagine.Mostra che l'intero circuito completo è costituito da due circuiti di corrente separati.

Si può inoltre notare che all'interno della batteria, anche quando il carico del circuito esterno è disinserito, le particelle cariche si muovono (corrente di autoscarica) e quindi al catodo si verifica un inutile consumo di metallo. L'energia della batteria, a causa della resistenza interna, viene consumata riscaldandosi e dissipandosi nell'ambiente e nel tempo semplicemente scompare.

La pratica dimostra che la riduzione della resistenza interna r mediante metodi costruttivi non è economicamente giustificata a causa dei costi in forte aumento del prodotto finale e della sua autoscarica piuttosto elevata.

conclusioni

Per mantenere l'efficienza della batteria, questa deve essere utilizzata solo per lo scopo previsto, collegando il circuito esterno esclusivamente per il periodo di funzionamento.

Maggiore è la resistenza del carico collegato, maggiore è la durata della batteria. Pertanto, le lampade allo xeno con un filamento incandescente con un consumo di corrente inferiore rispetto a quelle riempite di azoto con lo stesso flusso luminoso garantiscono una maggiore durata delle fonti di energia.

Quando si immagazzinano elementi galvanici, il passaggio di corrente tra i contatti del circuito esterno deve essere escluso da un isolamento affidabile.

Nel caso in cui la resistenza del circuito esterno R della batteria superi significativamente il valore interno r, è considerata una sorgente di tensione e, quando è soddisfatta la relazione inversa, è una sorgente di corrente.

Come viene utilizzata la legge di Ohm per un circuito CA completo

I sistemi elettrici CA sono i più comuni nell'industria elettrica.In questo settore, raggiungono enormi lunghezze trasportando l'elettricità attraverso le linee elettriche.

All'aumentare della lunghezza della linea di trasmissione, aumenta la sua resistenza elettrica, che crea il riscaldamento dei fili e aumenta la perdita di energia per la trasmissione.

La conoscenza della legge di Ohm ha aiutato gli ingegneri energetici a ridurre i costi inutili del trasporto dell'elettricità. Per fare ciò, hanno utilizzato il calcolo della componente della perdita di potenza nei fili.

Il calcolo si basa sul valore della potenza attiva prodotta P = E ∙ I, che deve essere trasferita qualitativamente alle utenze remote e superare la resistenza totale:

• r interno al generatore;

• esterno R dei fili.

L'entità dell'EMF ai terminali del generatore è determinata come E = I ∙ (r + R).

La potenza dissipata Pp per vincere la resistenza del circuito completo sarà espressa dalla formula mostrata in figura.

Si può vedere da esso che il consumo di energia aumenta in proporzione alla lunghezza / resistenza dei fili ed è possibile ridurli durante il trasporto di energia aumentando l'EMF del generatore o la tensione di linea. Questo metodo viene utilizzato includendo trasformatori elevati nel circuito all'estremità del generatore della linea elettrica e trasformatori riduttori nel punto di ricezione delle sottostazioni elettriche.

Tuttavia, questo metodo è limitato:

• la complessità dei dispositivi tecnici per contrastare il verificarsi di scariche coronariche;

• la necessità di distanziare e isolare le linee elettriche dalla superficie terrestre;

• aumento dell'energia della radiazione della linea aerea nello spazio (la comparsa dell'effetto antenna).

Caratteristiche del funzionamento della legge di Ohm in circuiti a corrente alternata sinusoidali

Gli utenti moderni dell'alta tensione industriale e dell'energia elettrica domestica trifase / monofase creano non solo carichi attivi, ma anche reattivi con caratteristiche induttive o capacitive pronunciate. Portano a uno sfasamento tra i vettori delle tensioni applicate e le correnti che scorrono nel circuito.

In questo caso, per la notazione matematica delle fluttuazioni temporali delle armoniche, utilizzare forma complessae la grafica vettoriale viene utilizzata per la rappresentazione spaziale. La corrente trasmessa attraverso la linea elettrica è registrata dalla formula: I = U / Z.

La notazione matematica delle principali componenti della legge di Ohm con numeri complessi permette di programmare gli algoritmi dei dispositivi elettronici utilizzati per controllare e gestire processi tecnologici complessi che avvengono costantemente nel sistema elettrico.

Insieme ai numeri complessi, viene utilizzata la forma differenziale di scrittura di tutti i rapporti. È conveniente per analizzare le proprietà conduttive dei materiali.

Alcuni fattori tecnici possono violare la legge di Ohm per un circuito completo. Loro includono:

• alte frequenze vibrazionali quando la quantità di moto dei portatori di carica inizia a influenzare. Non hanno il tempo di muoversi al ritmo dei cambiamenti nel campo elettromagnetico;

• stati di superconduttività di una certa classe di sostanze a basse temperature;

• aumento del riscaldamento dei fili di corrente mediante corrente elettrica. quando la caratteristica corrente-tensione perde il suo carattere lineare;

• distruzione dello strato isolante per scarica ad alta tensione;

• mezzo di tubi elettronici a gas o sottovuoto;

• dispositivi ed elementi a semiconduttore.