Legge di Ohm per una sezione di un circuito
La legge fondamentale dell'ingegneria elettrica che puoi utilizzare per studiare e calcolare i circuiti elettrici è la legge di Ohm, che stabilisce la relazione tra corrente, tensione e resistenza. È necessario comprenderne chiaramente l'essenza ed essere in grado di utilizzarlo correttamente per risolvere problemi pratici. Gli errori vengono spesso commessi nell'ingegneria elettrica a causa dell'incapacità di applicare correttamente la legge di Ohm.
La legge di Ohm per una sezione del circuito afferma: la corrente è direttamente proporzionale alla tensione e inversamente proporzionale alla resistenza.
Se la tensione che agisce in un circuito elettrico viene aumentata più volte, la corrente in quel circuito aumenterà della stessa quantità. E se aumenti più volte la resistenza del circuito, la corrente diminuirà della stessa quantità. Allo stesso modo, maggiore è il flusso d'acqua nel tubo, maggiore è la pressione e minore è la resistenza del tubo al movimento dell'acqua.
In una forma popolare, questa legge può essere formulata come segue: maggiore è la tensione per la stessa resistenza, maggiore è la corrente e, allo stesso tempo, maggiore è la resistenza per la stessa tensione, minore è l'amperaggio.
Per esprimere matematicamente la legge di Ohm nel modo più semplice possibile, la resistenza di un filo percorso da una corrente di 1 A ad una tensione di 1 V è considerata pari a 1 Ohm.
La corrente in ampere può sempre essere determinata dividendo la tensione in volt per la resistenza in ohm. Pertanto, la legge di Ohm per una sezione di un circuito è scritta nella seguente formula:
io = U/R.
Triangolo magico
Qualsiasi sezione o elemento di un circuito elettrico può essere caratterizzato da tre caratteristiche: corrente, tensione e resistenza.
Come usare il triangolo di Ohm: chiudiamo il valore richiesto — altri due simboli daranno la formula per il suo calcolo. A proposito, solo una formula del triangolo è chiamata legge di Ohm, quella che riflette la dipendenza della corrente dalla tensione e dalla resistenza. Le altre due formule, sebbene ne siano conseguenze, non hanno senso fisico.
I calcoli effettuati utilizzando la legge di Ohm per una sezione del circuito saranno corretti quando la tensione è in volt, la resistenza è in ohm e la corrente è in ampere. Se vengono utilizzate più unità di queste quantità (ad esempio, milliampere, millivolt, megaohm, ecc.), devono essere convertite rispettivamente in ampere, volt e ohm. Per sottolineare questo, la formula della legge di Ohm per una sezione di un circuito è talvolta scritta come segue:
amp = volt / ohm
Puoi anche calcolare la corrente in milliampere e microampere, mentre la tensione dovrebbe essere espressa in volt e la resistenza in kilohm e megaohm, rispettivamente.
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La legge di Ohm vale per ogni sezione del circuito. Se è necessario determinare la corrente in una data sezione del circuito, è necessario dividere la tensione che agisce in questa sezione (Fig. 1) per la resistenza di questa sezione.
Figura 1. Applicazione della legge di Ohm a una sezione di circuito
Facciamo un esempio di calcolo della corrente secondo la legge di Ohm... Lascia che sia necessario determinare la corrente in una lampada con una resistenza di 2,5 ohm, se la tensione applicata alla lampada è 5 V. Dividendo 5 V per 2,5 ohm, otteniamo un valore di corrente pari a 2 A. Nel secondo esempio, determiniamo la corrente che fluirà sotto l'influenza di una tensione di 500 V in un circuito la cui resistenza è di 0,5 MΩ. Per fare ciò, esprimiamo la resistenza in ohm. Dividendo 500 V per 500.000 ohm, troviamo la corrente nel circuito, che è 0,001 A o 1 mA.
Spesso, conoscendo la corrente e la resistenza, la tensione viene determinata utilizzando la legge di Ohm. Scriviamo la formula per determinare la tensione
U = IR
Questa formula mostra che la tensione ai capi di una data sezione del circuito è direttamente proporzionale alla corrente e alla resistenza... Il significato di questa dipendenza non è difficile da capire.Se la resistenza della sezione del circuito non cambia, la corrente può essere aumentata solo aumentando la tensione. Ciò significa che a resistenza costante, una maggiore corrente corrisponde ad una maggiore tensione. Se è necessario ottenere la stessa corrente a resistenze diverse, allora con una resistenza maggiore deve esserci una tensione corrispondentemente maggiore.
La tensione attraverso una sezione di un circuito viene spesso definita caduta di tensione... Questo spesso porta a fraintendimenti. Molte persone pensano che la caduta di tensione sia una tensione inutile sprecata. In realtà, i concetti di tensione e caduta di tensione sono equivalenti. Perdite e cadute di tensione: qual è la differenza?
La caduta di tensione è la graduale caduta di potenziale attraverso un circuito percorso da corrente dovuto al fatto che il circuito ha una resistenza attiva. Secondo la legge di Ohm, la caduta di tensione in ciascuna sezione del circuito U è uguale al prodotto della resistenza di questa sezione del circuito R per la corrente in essa I, cioè U — RI. Pertanto, maggiore è la resistenza di una sezione del circuito, maggiore è la caduta di tensione in quella sezione del circuito per una data corrente.
Il calcolo della tensione della legge di Ohm può essere mostrato nel seguente esempio. Lasciare passare una corrente di 5 mA attraverso una sezione del circuito con una resistenza di 10 kOhm, ed è necessario determinare la tensione in questa sezione.
Moltiplicando A = 0,005 A a R — 10000 Ω, otteniamo una tensione pari a 50 V. Lo stesso risultato si ottiene moltiplicando 5 mA per 10 kΩ: U = 50 in
Nei dispositivi elettronici, la corrente è solitamente espressa in milliampere e la resistenza in kiloohm.Pertanto, è conveniente utilizzare esattamente queste unità di misura nei calcoli secondo la legge di Ohm.
La legge di Ohm calcola anche la resistenza se la tensione e la corrente sono note. La formula per questo caso è scritta come segue: R = U / I.
La resistenza è sempre il rapporto tra tensione e corrente. Se la tensione viene aumentata o diminuita di un numero di volte, la corrente aumenterà o diminuirà dello stesso numero di volte. Il rapporto tensione-corrente pari alla resistenza rimane invariato.
La formula per determinare la resistenza non deve essere intesa nel senso che la resistenza di un dato conduttore dipende dalla corrente e dalla tensione. È noto che dipende dalla lunghezza, dall'area della sezione trasversale e dal materiale del filo. In apparenza, la formula per determinare la resistenza assomiglia alla formula per il calcolo della corrente, ma c'è una differenza fondamentale tra loro.
La corrente in una data sezione del circuito dipende realmente dalla tensione e dalla resistenza e cambia man mano che cambiano. E la resistenza di questa sezione del circuito è un valore costante che non dipende dai cambiamenti di tensione e corrente, ma è uguale al rapporto tra questi valori.
Quando la stessa corrente scorre in due sezioni del circuito e le tensioni ad esse applicate sono diverse, è chiaro che la sezione a cui è applicata la tensione maggiore ha una resistenza corrispondentemente maggiore.
E se, sotto l'azione della stessa tensione, scorre una corrente diversa in due sezioni diverse del circuito, allora in questa sezione ci sarà sempre una corrente minore, che ha una resistenza maggiore.Tutto ciò deriva dalla formulazione base della legge di Ohm per una sezione di un circuito, cioè dal fatto che maggiore è la corrente, maggiore è la tensione e minore è la resistenza.
Il calcolo della resistenza utilizzando la legge di Ohm per una sezione di un circuito verrà mostrato nell'esempio seguente: sia necessario trovare la resistenza della sezione attraverso la quale scorre una corrente di 50 mA a una tensione di 40 V. Esprimere la corrente in ampere, otteniamo I = 0,05 A. Dividi 40 per 0,05 e scopri che la resistenza è di 800 ohm.
La legge di Ohm può essere visualizzata sotto forma della cosiddetta caratteristica corrente-tensione. Come sai, la relazione direttamente proporzionale tra due quantità è una linea retta che passa per l'origine. Questa dipendenza è solitamente chiamata lineare.
Nella fig. 2 mostrato come esempio grafico della legge di Ohm per una sezione di circuito con una resistenza di 100 ohm. L'asse orizzontale è la tensione in volt e l'asse verticale è la corrente in ampere. La scala di corrente e tensione può essere scelta a piacere. Viene tracciata una linea retta in modo che per ciascuno dei suoi punti il rapporto tensione-corrente sia di 100 ohm. Ad esempio, se U = 50 V, allora I = 0,5 A e R = 50: 0,5 = 100 ohm.
Riso. 2… Legge di Ohm (caratteristica corrente-tensione)
Il grafico della legge di Ohm per valori negativi di corrente e tensione è lo stesso. Ciò implica che la corrente nel circuito scorre allo stesso modo in entrambe le direzioni. Maggiore è la resistenza, minore è la corrente ottenuta a una data tensione e più attentamente si muove la retta.
Vengono chiamati dispositivi in cui la caratteristica corrente-tensione è una linea retta che passa per il punto di partenza, ovvero la resistenza rimane costante al variare della tensione o della corrente dispositivi lineari... Vengono utilizzati anche i termini circuiti lineari, resistenze lineari.
Esistono anche dispositivi in cui la resistenza cambia quando cambia la tensione o la corrente. Quindi la relazione tra corrente e tensione è espressa non secondo la legge di Ohm, ma in modo più complesso. Per tali dispositivi la caratteristica corrente-tensione non sarà una linea retta passante per il punto iniziale, ma sarà una curva o una linea tratteggiata. Questi dispositivi sono chiamati non lineari.
Vedi anche su questo argomento: Applicazione pratica della legge di Ohm
