Baterija ili generator spojen na bilo koji električna mreža, osigurati pojavu napona u njemu i kretanje naboja. Struja koja teče u krugu smanjuje potencijalnu razliku između polova baterije, budući da se negativno nabijeni elektron odnosi s katode i neutralizira pozitivno nabijene rupe na anodi. Kako bi se spriječilo izumiranje struje u krugu, potrebno je stvoriti uvjete za održavanje konstantnog napona, akumulirajući naboje istog znaka na anodi i katodi.

Konstantni napon u izvoru struje osigurava kretanje negativnih naboja u njemu prema katodi, a pozitivnih naboja prema anodi. Takvo kretanje je nemoguće pod utjecajem elektrostatičkih sila. Kretanje negativnih čestica prema negativno nabijenoj katodi, a pozitivnih čestica prema anodi, može se osigurati pomoću nekih sila neelektrične prirode (treća strana).

Vjeruje se da su vanjske sile te koje uzrokuju odvajanje naboja unutar baterije ili bilo kojeg drugog izvora struje. Na primjer, u galvanskom članku postoje zbog kemijske reakcije koja se događa između elektroda smještenih u elektrolit.

Sile treće strane mogu biti kemijske, toplinske, mehaničke, magnetske ili biološke prirode. Rad koji obavljaju kada pomiču pozitivni naboj q s višeg potencijala na katodi na niži potencijal na anodi (odjeljak 1-2 slike) do njegove vrijednosti naziva se elektromotorna sila(EMF), označeno ɛ . Jedinica ove sile odgovara jedinici napona ili razlike potencijala - voltu (V). To zapravo nije snaga, unatoč nazivu, već rad na svladavanju otpora elektrostatičko polje.

Njegova formula:

Nabijena čestica kreće se unutar izvora struje. Dolazi do promjene potencijalne energije te čestice. Proces se može opisati formulom:

ΔW = A st + A s,

gdje je ΔW promjena potencijalne energije, A st je rad vanjske sile, A c je rad sile otpora izvora struje.

Postoji izraz koji pokazuje ovisnost ΔW o napunjenosti i naponu U baterije:

Zapišimo ovu formulu drugačije:

Iz ovog izraza zaključujemo da je napon baterije primijenjen na spojeni krug manji od emf. U slučaju kada je strujni krug otvoren, unutar baterije nema struje punjenja, rad sile otpora elektrostatičkog polja je jednak nuli i

EMF po veličini odgovara naponu između polova otvorenog izvora struje.

Ohmov zakon za zatvoreni električni krug

Zakon je najtemeljnija formula za opisivanje i analizu električnih krugova. Formulirao ga je 1826. godine njemački znanstvenik Georg Simon Ohm, koji je eksperimentalno proučavao svojstva metala i njihovu sposobnost provođenja električne struje.

Za pojedinačni vodič kroz koji teče istosmjerna struja, zakon je jednostavan i linearan. Također se odnosi na krugove izmjenične struje, ali uzima u obzir neke druge varijable. Ako AC krug uključuje komponente kao što su kondenzatori ili induktori, Ohmov zakon se ne primjenjuje.

Razmotrimo jednostavan krug istosmjerna struja. Komponente koje ga čine su: izvor struje s unutarnjim otporom r i emf ε, vanjski teret (metalne žice, otpornik ili žarulja) s otporom R.

Kompletan Ohmov zakon za kompletan električni krug.
Formula Ohmovog zakona.

Predmet

Ohmov zakon je formula koja jasno pokazuje ovisnost glavnih karakteristika električnog kruga: električna struja (protok nabijenih čestica), napon (elektromotorna sila) i otpor (suprotstavljanje protoku elektrona). Da biste bolje razumjeli Ohmov zakon, prvo trebate definirati pojam električnog kruga.

Jednostavno rečeno, svaki električni krug je put do električni dijagram uz koju prolaze električni naboji(tj. žice, elementi, uređaji itd.). Električni krug počinje s izvorom električne energije. Različiti potencijali nabijenih čestica u konačnici dovode do električni napon. Broj tih čestica koje će teći u električnom krugu je struja. A čimbenici koji sprječavaju prolaz nabijenih čestica unutar vodiča, inhibirajući njihovo kretanje, bit će električni otpor.

Kao što biste trebali znati, svaki izvor struje ima unutarnji otpor. Budući da utječe na veličinu struja koje teku kroz električne krugove, također ga treba uzeti u obzir u izračunima.

Dovršite Ohmov zakon: I=U/r+R, iz čega proizlazi: U=I*(R+r); R+r=U/I; r=U/I-R

U— Napon (volti)

ja- struja u strujni krug(pojačala)

R— Otpor kruga (Ohmi)

r— unutarnji otpor napajanja (Ohmi)

Potpuni Ohmov zakon za cijeli strujni krug zvuči ovako: jakost električne struje u strujnom krugu izravno je proporcionalna naponu koji se primjenjuje na ovaj krug, a obrnuto proporcionalna zbroju ukupnog otpora cijelog strujnog kruga i unutarnjeg otpora izvora napajanja.

Potpuni Ohmov zakon za cijeli krug omogućuje vam izračunavanje ukupne vrijednosti vrijednosti napona na samim stezaljkama izvora električno napajanje, ukupna struja i ukupni otpor električnog kruga. Ako ima potrebe izračunati električne karakteristike V odvojeni dijelovi strujnog kruga, onda se ovaj Ohmov zakon treba primijeniti na određeni dio strujnog kruga (bez uzimanja u obzir unutarnjeg otpora napajanja): I=U/R

Svaki električni krug može se rastaviti na jednostavne krugove električne struje kroz koje se kreću nabijene čestice (elektroni). Definirajući takav presjek s dvije točke, Ohmov zakon se može izravno primijeniti na njega. Ove točke imaju vlastiti napon, otpor i struju. Imajući dvije poznate količine, prema Ohmovom zakonu, uvijek možete pronaći treću.

Gore je naveden Ohmov zakon za istosmjernu električnu struju. A ako električni krug ima izmjeničnu struju, koja je onda formula za to? Prije nego što prijeđemo na nju, prvo ćemo opisati izmjeničnu električnu struju. Izmjenična struja je kretanje nabijenih čestica koje mijenja (periodički) smjer i veličinu. Za razliku od trajnog naizmjenična struja Karakteristična je prisutnost određenih čimbenika koji određuju drugu vrstu električnog otpora. Ovo je reaktancija (normalni otpor je aktivan). Reaktancija je karakteristika kapaciteta i induktiviteta.

Ohmov zakon za izmjeničnu električnu struju: I=U/Z

U- Napon

ja- struja u električnom krugu

Z— Kompleksni otpor

Složeni otpor je zbroj svih reaktivnih i aktivnih otpora. U slučaju kada u električnom krugu s izmjeničnom električnom strujom postoje samo aktivni otpori, tada se koristi uobičajena formula Ohmovog zakona, koja je gore opisana.

Razmotrimo zatvoreni električni krug koji se sastoji od dva dijela: stvarnog izvora s elektromotornom silom Ɛ i unutarnji otpor r a vanjski dio kruga – vodič s otporom R(Slika 5.19).

Ohmov zakon za kompletan krug utvrđuje ovisnost jakosti struje u zatvorenom krugu ja od elektromotorne sile izvora Ɛ i impedancija kruga R+r. Ova se ovisnost može utvrditi na temelju zakon održanja energije I Jou-la-Lenzov zakon. Ako se kroz presjek vodiča u vremenu Δt nabijene čestice prijenos naboja Δq, To rad vanjskih sila

A sv. =ƐΔq =ƐIΔt.

Ako u lancu Električna energija pretvara se tada samo u toplinu zakon održanja energije Čl. = Q a ukupna količina topline oslobođena u zatvorenom krugu jednaka je zbroju količina topline oslobođenih u vanjskom i unutarnjem dijelu kruga.

Q = I 2 RΔt + I 2 rΔt.

A sv. = Q = (Ɛ / R + r) . IΔt,

ƐIΔt = I 2 RΔt + I 2 rΔt.

Ɛ = IR + Ir

ja =Ɛ/(R+r),

koji izražava Ohmov zakon za kompletan krug.

Ohmov zakon za kompletan krug . Jačina struje u zatvorenom krugu mjeri se omjerom elektromotorne sile izvora struje prisutnog u tom krugu i njegovog ukupnog otpora.

Iz navedenog možemo zaključiti da

Ohmov zakon za kompletan krug jedan je od izraza zakona održanja energije.

U mnogim slučajevima, za karakterizaciju trenutnih izvora nije dovoljno koristiti samo EMF. Pretpostavimo, na primjer, da je potrebno utvrditi koliku maksimalnu struju određeni izvor struje može proizvesti. Na temelju Ohmov zakon za kompletan krug

ja = Ɛ/(R+r),Materijal sa stranice

tada je očito da će najveća struja u krugu biti kada vanjski otpor kruga R teži nuli - ovo je kratki spoj u lancu. U ovom slučaju struja kratki spoj vrijedi Imax =Ɛ/r, jer Ɛ I r Ne možemo ih promijeniti za određeni izvor; one su karakteristike izvora.

Ako zamislimo da otpor vanjskog dijela strujnog kruga teži beskonačnosti (strujni krug se otvori), tada napon na polovima izvora struje IR teži elektromotornoj sili, odnosno:

elektromotorna sila izvora struje jednaka je naponu na polovima otvorenog izvora.

Na ovoj stranici nalazi se materijal o sljedećim temama:

• Sažetak na temu - Ohmov zakon o potpunom krugu Wikipedia

• Ohmov zakon za paralelni spoj izvora

• Sažetak Ohmovog zakona o potpunom krugu

• Razgovarali smo o tome što je EMF u ovom članku. Sjećam se da je jednom na satu fizike u 8. razredu učiteljica pitala:

  Što piše na AA bateriji?

  "Napon baterije", odgovorili smo uglas.

  Obrijati se! Ovo je EMF!

  - !?

  Baterije točno pokazuju EMF!

  Nakon ovih ponosnih riječi, učitelj je započeo sat. Radio je neke pokuse, palio žarulje, pisao nešto na ploču... Ali ja i dalje nisam ništa postigla, jer sam se cijeli sat igrala morske bitke s kolegom iz klupe ;-). Tek godinama kasnije, nakon što sam pročitao sovjetski radioamaterski rječnik, konačno sam shvatio da tu nema ništa komplicirano. A ako gotovo svi znaju Ohmov zakon za dio kruga, onda se poteškoće pojavljuju upravo zato što Ohmov zakon za kompletan krug. Ali ispada da je sve bolno jednostavno!

  Dakle, upoznajte se akumulator automobila! Moguće je da ste ga ikada vidjeli uživo))

  Za daljnju upotrebu, zalijemite dvije žice na njega: crvenu na plus, crnu na minus

  
  
  

  Naš Akum je spreman za bitku.

  Sada uzmemo halogenu žarulju za automobil i na nju također zalemimo dvije žice s aligatorima. Zalemio sam na terminale za "nisko" svjetlo.

  
  
  

  Prije svega, izmjerimo napon na stezaljkama baterije

  
  
  

  12,09 volti. To je sasvim normalno, budući da naša baterija proizvodi točno 12 volti. Trčat ću malo unaprijed i reći da smo sada izmjerili EMF našeg Akuma.

  Spajamo halogen na bateriju i ponovno mjerimo napon:

  
  
  

  Jeste li ga vidjeli? Napon na bateriji pao je na 11,79 volti!

  Samo zabave radi, izmjerimo koliko naša lampa troši u amperima. Da bismo to učinili, stvaramo sljedeći dijagram:

  

  Žuti multimetar će mjeriti napon, a crveni struju. Kako mjeriti struju i napon pomoću multimetra možete pročitati u ovom članku.

  Pogledajmo očitanja instrumenta:

  
  
  

  Kao što vidimo, naša lampa troši 4,35 ampera, napon je pao na 11,79 volti.

  Zamijenimo halogenu jednostavnom žaruljom sa žarnom niti iz pokazivača smjera

  
  
  

  Pogledajmo očitanja:

  
  
  

  Žarulja troši struju od 0,69 A. Napon je pao na točno 12 volti.

  Koji se zaključci mogu izvući? Što više opterećenje troši struju, to više pada napon baterije. Umjesto akuma može biti obična baterija od volti i pol ili neka druga baterija ili akumulator. Suština se od ovoga ne mijenja.

  Pa, sada malo dosadne teorije)).

  Izvor EMF na dijagramu izgleda ovako:

  

  Sjetimo se što je EMF. EMF je nešto što stvara električnu struju, odnosno napon. Spojimo li bilo koje trošilo na takav izvor napona (čak i milijardu paralelno spojenih halogenih žarulja), on će i dalje proizvoditi isti napon kakav bi proizveo da nismo priključili nikakvo trošilo.

  
  
  

  Ili jednostavnije:

  
  
  

  Ukratko, bez obzira koliko struje prolazi kroz krug otpornika, napon na krajevima izvora EMF uvijek će biti isti. Ovaj izvor emf se zove idealan izvor emf.

  Ali kao što znate, u našem svijetu ništa nije idealno. To jest, ako bi naša baterija imala idealan izvor EMF-a, tada napon na stezaljkama baterije nikada ne bi pao. Ali saginje, i što je više, to više struje troši opterećenje. Nešto nije u redu. Ali zašto se to događa? To si je pitanje postavio i njemački fizičar Georg Ohm, koji je ipak konačno pronašao objašnjenje za ovaj proces.

  Stvar je u tome što baterija ima “skriven” otpor koji, relativno govoreći, prianja u nizu s izvorom Akum emf. I zove se unutarnji otpor ili izlazna impedancija. Označeno malim slovom " r ". U Akumi sve izgleda ovako:

  
  
  

  Zakačimo žarulju

  

  Dakle, što dobivamo u čistom obliku?

  
  
  

  Žarulja je teret koji ima otpor. Dakle, još više pojednostavljujemo dijagram i dobivamo:

  
  
  

  Dakle, što imamo? Idealan izvor EMF, unutarnji otpor r i otpornost na opterećenje R. Podsjećamo na članak razdjelnik napona. Kaže da je napon izvora EMF-a jednak zbroju padova napona na svakom otporniku.

  To znači da neki napon padne na svakom otporu:

  

  Na otporniku R padove napona U R , i na unutarnjem otporniku r padove napona U r .

  Sada se prisjetimo članka Strujni razdjelnik. Za one koji se ne sjećaju, podsjetit ću vas. Struja koja teče kroz serijski spojene otpore posvuda je ista.

  Prisjetimo se algebre za 5. razred i zapišimo sve o čemu smo maloprije pričali. Iz Ohmovog zakona za dio lanca dobivamo to

  

  

  

  

  Posljednji izraz se zove Ohmov zakon za kompletan krug . Iz ovog izraza možemo pronađite unutarnji otpor baterije r.

  Vratimo se opet na ovu fotografiju

  Budući da je u ovom slučaju strujni krug otvoren (nema vanjskog opterećenja), stoga je i jakost struje u strujnom krugu ja jednaka nuli. To znači da je pad napona na unutarnjem otporniku U r također će biti jednaka nuli. Kao rezultat, ostaje nam samo izvor EMF, iz kojeg mjerimo napon. U našem slučaju, EMF = 12,09 volti.

  Čim smo spojili opterećenje, napon je odmah pao na unutarnjem otporniku i opterećenju, u ovom slučaju na žarulji:

  Sada nam je pod opterećenjem (na halogenu) pao napon U R = 11,79 Volt, dakle, pad napona na unutarnjem otporniku bio je U r =E-U R =12,09-11,79=0,3 Volta. Jakost struje u krugu jednaka je ja =4,35 Amper. Kao što sam već rekao, naš EMF je jednak E=12,09 Volt. Stoga, iz Ohmovog zakona za cijeli strujni krug izračunavamo koliko će biti jednak naš unutarnji otpor r:

  

  
  
  

  Unutarnji otpor javlja se ne samo u raznim kemijskim izvorima napona. Razni tipovi također imaju unutarnji otpor. mjerni instrumenti. To su uglavnom voltmetri i osciloskopi. Stvar je u tome da ako spojite opterećenje R, čiji će otpor biti manji ili čak jednak r, tada će nam napon jako pasti. To se može vidjeti ako stezaljke baterije spojite debelim spojem bakrene žice i izmjerite napon na stezaljkama u ovom trenutku)). Ali ne preporučujem da to radite ni pod kojim okolnostima! Stoga, što je veći otpor opterećenja (dobro, to je veći otpor opterećenja R), manji je utjecaj ovog opterećenja na izvor napona. Pri mjerenju napona voltmetar i osciloskop također malo odvode napon izvora napona koji se mjeri, jer se radi o teretima velikog otpora. Zbog toga najprecizniji voltmetar i oscilator imaju vrlo veliki otpor između svojih sondi.