Des relations ont été dérivées reliant les amplitudes des courants et tensions alternatifs sur la résistance, le condensateur et l'inductance : R I R = U R ; 1 ω C I C = U C ; ω L Je L = U L .
Ces relations rappellent la loi d'Ohm pour un tronçon de chaîne courant continu, mais seulement maintenant, ils n'incluent pas les valeurs des courants continus et des tensions sur une section du circuit, mais valeurs d'amplitude des courants et tensions alternatifs.
Les relations (*) expriment la loi d'Ohm pour une section de la chaîne courant alternatif, contenant l'un des éléments R., L Et C. Grandeurs physiques R., 1 ω C et ω L sont appelés la résistance active d'une résistance, la capacité d'un condensateur et réactance inductive bobines.
Lorsqu'un courant alternatif circule dans une section du circuit, le champ électromagnétique fonctionne et de la chaleur Joule est libérée dans le circuit. La puissance instantanée dans un circuit à courant alternatif est égale au produit des valeurs instantanées du courant et de la tension : p = J ċ u. La valeur de puissance moyenne sur une période de courant alternatif P = P av = I 0 U 0 cos ω t cos (ω t + φ) ¯ présente un intérêt pratique.
Ici je 0 et U 0 – valeurs d'amplitude du courant et de la tension dans une section donnée du circuit, φ – déphasage entre le courant et la tension. La barre signifie le signe de moyenne. Si une section du circuit ne contient qu'une résistance avec une résistance R., alors le déphasage φ = 0 : P R = I R U R cos 2 ω t ¯ = I R U R 2 = I R 2 R 2 .
Pour que cette expression coïncide en apparence avec la formule du pouvoir en courant continu, les notions d'acteur ou valeurs efficaces courant et tension : I d = I 0 2 ; U ré = U 0 2.
La puissance moyenne du courant alternatif dans la section du circuit contenant la résistance est égale à P R = I d U d.
Si une section du circuit ne contient qu'un condensateur C, alors le déphasage entre le courant et la tension est φ = π 2. Donc P C = I C U C cos ω t cos (ω t + π 2) ¯ = I C U C cos ω t (- sin ω t) ¯ = 0.
De même, on peut montrer que PL = 0.
Ainsi, la puissance dans le circuit alternatif est libérée uniquement via la résistance active. La puissance alternative moyenne aux bornes du condensateur et de l’inductance est nulle.
Considérons maintenant un circuit électrique constitué d'une résistance, d'un condensateur et d'une bobine connectés en série. Le circuit est connecté à une source de courant alternatif de fréquence ω. Le même courant circule dans toutes les sections connectées en série du circuit. Entre tension de source externe e(t) et un choc électrique J(t) un déphasage se produit d'un certain angle φ. On peut donc écrire J (t) = I 0 cos ωt ; e(t) =ℰ 0 cos (ωt + φ).
Cet enregistrement des valeurs instantanées de courant et de tension correspond aux constructions du diagramme vectoriel (Fig. 2.3.2). La puissance moyenne développée par une source de courant alternatif est égale à P = I 0 ℰ 0 cos ω t cos (ω t + φ) ¯ = I 0 ℰ 0 2 cos φ = I d ℰ d cos φ .
Comme le montre le diagramme vectoriel, U R =ℰ 0 cos φ, donc P = I 0 U R 2 . Par conséquent, toute la puissance développée par la source est libérée sous forme de chaleur Joule au niveau de la résistance, ce qui confirme la conclusion précédente.
Au § 2.3, la relation entre les amplitudes de courant a été dérivée je 0 et tension ℰ 0 pour série RLC-chaîne : I 0 = ℰ 0 R 2 + (ω L - 1 ω C) 2.
La quantité Z = R 2 + (ω L - 1 ω C) 2 est appelée l'impédance du circuit à courant alternatif. Formule exprimant la relation entre valeurs d'amplitude le courant et la tension dans le circuit peuvent être écrits sous la forme ZI0 =ℰ 0 .
Cette relation est appelée loi d'Ohm pour un circuit à courant alternatif. Les formules (*) données au début de cette section expriment des cas particuliers de la loi d'Ohm (**).
La notion d'impédance joue un rôle important dans les calculs des circuits à courant alternatif. Pour déterminer la résistance totale d'un circuit, il est souvent pratique d'utiliser la méthode visuelle des diagrammes vectoriels. Prenons comme exemple un parallèle RLC-circuit connecté à une source de courant alternatif externe (Fig. 2.4.1).
Parallèle RLC-circuit
Lors de la construction d'un diagramme vectoriel, il convient de prendre en compte qu'avec une connexion en parallèle, la tension sur tous les éléments R., C Et L identique et égale à la tension de la source externe. Les courants circulant dans différentes branches du circuit diffèrent non seulement par leurs valeurs d'amplitude, mais également par leurs déphasages par rapport à la tension appliquée. C'est pourquoi impédance Chaînes ne peut pas être calculé selon les lois connexion parallèle Circuits CC. Diagramme vectoriel pour parallèle RLC-le contour est montré sur la Fig. 2.4.2.
Diagramme vectoriel pour circuit RLC parallèle Du diagramme il suit : I 0 = ℰ 0 (1 R) 2 + (ω L - 1 ω C) 2.
Par conséquent, la résistance totale du parallèle RLC-contour est exprimé par la relation Z = 1 (1 R) 2 + (ω L - 1 ω C) 2.
Avec résonance parallèle ( ω2 = 1/LC) la résistance totale du circuit prend une valeur maximale égale à la résistance active de la résistance : Z = Z max = R.
Le déphasage φ entre le courant et la tension à résonance parallèle est nul.
Pour un électricien et un ingénieur électronicien, l'une des lois fondamentales est la loi d'Ohm. Chaque jour, le travail pose de nouveaux défis à un spécialiste et il est souvent nécessaire de choisir un remplaçant pour une résistance ou un groupe d'éléments grillés. Un électricien doit souvent changer de câble ; pour choisir le bon, il faut « estimer » le courant dans la charge, il faut donc utiliser les lois et relations physiques les plus simples dans Vie courante. L'importance de la loi d'Ohm en génie électrique est d'ailleurs colossale, la plupart thèses les spécialités en génie électrique sont calculées à hauteur de 70 à 90 % à l'aide d'une seule formule.
Référence historique
L'année où la loi d'Ohm a été découverte était en 1826 par le scientifique allemand Georg Ohm. Il a déterminé et décrit empiriquement la loi sur la relation entre le courant, la tension et le type de conducteur. Plus tard, il s’est avéré que le troisième composant n’est rien d’autre qu’une résistance. Par la suite, cette loi fut nommée d'après le découvreur, mais la question ne se limitait pas à la loi : une grandeur physique fut nommée d'après son nom, en hommage à son travail.
La quantité dans laquelle la résistance est mesurée porte le nom de Georg Ohm. Par exemple, les résistances ont deux caractéristiques principales : la puissance en watts et la résistance - unité de mesure en Ohms, kilo-ohms, méga-ohms, etc.
Loi d'Ohm pour une section de circuit
Pour descriptif circuit électrique ne contenant pas d'EMF, vous pouvez utiliser la loi d'Ohm pour une section du circuit. Il s'agit de la forme d'enregistrement la plus simple. Cela ressemble à ceci :
Où I est le courant mesuré en ampères, U est la tension en volts, R est la résistance en Ohms.
Cette formule nous dit que le courant est directement proportionnel à la tension et inversement proportionnel à la résistance – c'est la formulation exacte de la loi d'Ohm. Signification physique Cette formule consiste à décrire la dépendance du courant traversant une section du circuit à une résistance et une tension connues.
Attention! Cette formule est valable pour le courant continu ; pour le courant alternatif elle présente de légères différences ; nous y reviendrons plus tard.
En plus du rapport des grandeurs électriques ce formulaire nous indique que le graphique du courant en fonction de la tension dans la résistance est linéaire et que l'équation de la fonction est satisfaite :
f(x) = ky ou f(u) = IR ou f(u)=(1/R)*I
La loi d'Ohm pour une section d'un circuit est utilisée pour calculer la résistance d'une résistance dans une section d'un circuit ou pour déterminer le courant qui la traverse à une tension et une résistance connues. Par exemple, nous avons une résistance R avec une résistance de 6 ohms, une tension de 12 V est appliquée à ses bornes. Nous devons savoir quelle quantité de courant la traversera. Calculons :
I=12 V/6 Ohms=2 A
Un conducteur idéal n’a pas de résistance, mais en raison de la structure des molécules de la substance qui le compose, tout corps conducteur possède une résistance. Par exemple, c'est la raison pour laquelle les fils d'aluminium ont été remplacés par des fils de cuivre dans les réseaux électriques domestiques. La résistivité du cuivre (Ohm pour 1 mètre de longueur) est inférieure à celle de l'aluminium. En conséquence, les fils de cuivre chauffent moins et supportent des courants plus élevés, ce qui signifie que vous pouvez utiliser un fil de section plus petite.
Un autre exemple est que les spirales des appareils de chauffage et des résistances ont une résistivité élevée, car sont fabriqués à partir de divers métaux à haute résistivité, tels que le nichrome, le kanthal, etc. Lorsque les porteurs de charge se déplacent à travers un conducteur, ils entrent en collision avec des particules du réseau cristallin, ce qui libère de l'énergie sous forme de chaleur et le conducteur réchauffe. Plus le courant est important, plus il y a de collisions, plus l'échauffement est important.
Pour réduire l'échauffement, le conducteur doit être raccourci ou son épaisseur (section transversale) augmentée. Ces informations peuvent être écrites sous forme de formule :
Fil R = ρ (L/S)
Où ρ est la résistivité en Ohm*mm 2 /m, L est la longueur en m, S est la surface de la section transversale.
Loi d'Ohm pour les circuits parallèles et série
Selon le type de connexion, différents modèles de flux de courant et de distribution de tension sont observés. Pour un tronçon de chaîne connexion série les éléments tension, courant et résistance se trouvent par la formule :
Cela signifie que le même courant circule dans un circuit composé d'un nombre arbitraire d'éléments connectés en série. Dans ce cas, la tension appliquée à tous les éléments (la somme des chutes de tension) est égale à la tension de sortie de la source d'alimentation. Chaque élément a sa propre tension appliquée individuellement et dépend de l'intensité du courant et de la résistance de celui-ci :
U el = élément I*R
La résistance d'une section de circuit pour les éléments connectés en parallèle est calculée par la formule :
1/R=1/R1+1/R2
Pour une connexion mixte, il faut réduire la chaîne à une forme équivalente. Par exemple, si une résistance est connectée à deux résistances connectées en parallèle, calculez d’abord la résistance de celles connectées en parallèle. Vous obtiendrez la résistance totale de deux résistances et il ne vous restera plus qu'à l'ajouter à la troisième, qui est connectée en série avec elles.
Loi d'Ohm pour un circuit complet
Un circuit complet nécessite une source d'alimentation. Une source d’alimentation idéale est un appareil qui a la seule caractéristique :
- tension, s'il s'agit d'une source de champs électromagnétiques ;
- l'intensité du courant, s'il s'agit d'une source de courant ;
Une telle source d'alimentation est capable de fournir n'importe quelle puissance avec des paramètres de sortie inchangés. Dans une source d'énergie réelle, il existe également des paramètres tels que la puissance et résistance interne. Essentiellement, la résistance interne est une résistance imaginaire installée en série avec la source EMF.
Formule de la loi d'Ohm pour chaîne complète semble similaire, mais ajoute une résistance IP interne. Pour une chaîne complète, cela s'écrit par la formule :
je = ε/(R+r)
Où ε est la FEM en Volts, R est la résistance de charge, r est la résistance interne de la source d'alimentation.
En pratique, la résistance interne est de fractions d'Ohm, et pour les sources galvaniques, elle augmente considérablement. Vous avez observé cela lorsque deux piles (neuves et mortes) ont la même tension, mais l'une produit le courant requis et fonctionne correctement, et la seconde ne fonctionne pas, car... s'affaisse à la moindre charge.
Loi d'Ohm sous forme différentielle et intégrale
Pour une section homogène du circuit, les formules ci-dessus sont valables ; pour un conducteur non uniforme, il est nécessaire de le diviser en segments les plus courts afin que les changements de ses dimensions soient minimisés au sein de ce segment. C'est ce qu'on appelle la loi d'Ohm sous forme différentielle.
En d'autres termes : la densité de courant est directement proportionnelle à la tension et conductivité pour une section infiniment petite de conducteur.
Sous forme intégrale :
Loi d'Ohm pour le courant alternatif
Lors du calcul des circuits alternatifs, au lieu du concept de résistance, le concept d'« impédance » est introduit. L'impédance est désignée par la lettre Z, elle comprend la résistance de charge active R a et la réactance X (ou R r). Cela a à voir avec la forme courant sinusoïdal(et courants de toute autre forme) et paramètres des éléments inductifs, ainsi que lois de commutation :
- Le courant dans un circuit avec inductance ne peut pas changer instantanément.
- La tension dans un circuit avec un condensateur ne peut pas changer instantanément.
Ainsi, le courant commence à être en retard ou à avancer par rapport à la tension, et pleine puissance divisé en actif et réactif.
XL et XC sont les composants réactifs de la charge.
A cet égard, la valeur cosФ est introduite :
Ici – Q – puissance réactive due au courant alternatif et aux composants inductifs-capacitifs, P – puissance active (répartie sur les composants actifs), S – puissance apparente, cosФ – facteur de puissance.
Vous avez peut-être remarqué que la formule et sa représentation recoupent le théorème de Pythagore. C'est en effet vrai, et l'angle Ф dépend de l'importance de la composante réactive de la charge - plus elle est grande, plus elle est grande. En pratique, cela conduit au fait que le courant circulant réellement dans le réseau est supérieur à celui pris en compte compteur domestique, les entreprises paient pour la pleine capacité.
Dans ce cas, la résistance se présente sous forme complexe :
Ici j est l’unité imaginaire, typique de la forme complexe des équations. Moins communément noté i, mais en génie électrique, il est également noté valeur effective AC, donc pour éviter toute confusion, il vaut mieux utiliser j.
L'unité imaginaire est égale à √-1. Il est logique qu'il n'existe pas de nombre au carré qui puisse donner un résultat négatif de « -1 ».
Comment se souvenir de la loi d'Ohm
Pour vous souvenir de la loi d'Ohm, vous pouvez mémoriser le libellé en mots simples taper:
Plus la tension est élevée, plus le courant est élevé ; plus la résistance est élevée, plus le courant est faible.
Ou utilisez des images et des règles mnémotechniques. La première est la présentation de la loi d'Ohm sous la forme d'une pyramide - brièvement et clairement.
Une règle mnémonique est une forme simplifiée d’un concept pour une compréhension et une étude simples et faciles. Peut être soit sous forme verbale, soit sous forme graphique. Pour trouver correctement la formule recherchée, couvrez la quantité souhaitée avec votre doigt et obtenez la réponse sous forme de produit ou de quotient. Voici comment cela fonctionne:
La seconde est une représentation caricaturale. C'est montré ici : plus Ohm essaie, plus il est difficile pour l'Ampère de passer, et plus il y a de Volts, plus il est facile pour l'Ampère de passer.
La loi d'Ohm est l'une des lois fondamentales de l'électrotechnique ; sans sa connaissance, la plupart des calculs sont impossibles. Et dans le travail quotidien, il est souvent nécessaire de convertir ou de déterminer le courant par résistance. Il n'est pas du tout nécessaire de comprendre sa dérivation et l'origine de toutes les quantités - mais les formules finales doivent être maîtrisées. En conclusion, je voudrais noter qu'il existe une vieille blague parmi les électriciens : "Si vous ne connaissez pas Om, restez chez vous." Et si chaque blague a une part de vérité, alors ici cette part de vérité est à 100 %. Explorer base théorique, si vous souhaitez devenir un professionnel en pratique, et d'autres articles de notre site vous y aideront.
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La loi d'Ohm a été découverte par le physicien allemand Georg Ohm en 1826 et a depuis été largement utilisée dans le domaine électrique, en théorie et en pratique. Elle est exprimée par une formule bien connue, avec laquelle vous pouvez effectuer des calculs sur presque tous les circuits électriques. Cependant, la loi d'Ohm pour le courant alternatif a ses propres caractéristiques et différences par rapport aux connexions en courant continu, déterminées par la présence d'éléments réactifs. Pour comprendre l'essence de son œuvre, il faut parcourir toute la chaîne, du simple au complexe, en commençant par zone séparée circuit électrique.
Loi d'Ohm pour une section de circuit
On considère que la loi d'Ohm fonctionne pour diverses options circuits électriques. Il est mieux connu sous la formule I = U/R, appliquée à une section distincte d'un circuit à courant continu ou alternatif.
Il contient des définitions telles que le courant (I), mesuré en ampères, la tension (U), mesurée en volts, et la résistance (R), mesurée en ohms.
La définition largement acceptée de cette formule est exprimée par le concept bien connu : l'intensité du courant est directement proportionnelle à la tension et inversement proportionnelle à la résistance sur une section spécifique du circuit. Si la tension augmente, alors le courant augmente et une augmentation de la résistance, au contraire, réduit le courant. La résistance sur ce segment peut être constituée non seulement d'un, mais également de plusieurs éléments reliés entre eux.
La formule de la loi d'Ohm pour le courant continu peut être facilement mémorisée à l'aide du triangle spécial illustré sur la figure générale. Il est divisé en trois sections, chacune contenant un paramètre distinct. Cet indice permet de trouver rapidement et facilement la valeur souhaitée. L'indicateur requis est recouvert d'un doigt et les actions avec les autres sont effectuées en fonction de leur position les unes par rapport aux autres.
S'ils sont situés au même niveau, ils doivent alors être multipliés, et s'ils sont à des niveaux différents, le paramètre supérieur est divisé par le paramètre inférieur. Cette méthode aidera les ingénieurs électriciens débutants à éviter toute confusion dans les calculs.
Loi d'Ohm pour un circuit complet
Il existe certaines différences entre une section et une chaîne entière. Une section ou un segment est considéré comme une partie du circuit général située dans la source de courant ou de tension elle-même. Il se compose d'un ou plusieurs éléments connectés à une source de courant de différentes manières.
Le système de chaîne complet est régime général, composé de plusieurs chaînes, dont des batteries, différents types charges et les fils qui les relient. Il fonctionne également selon la loi d'Ohm et est largement utilisé dans la pratique, notamment pour le courant alternatif.
Le principe de fonctionnement de la loi d'Ohm dans un circuit continu complet peut être clairement vu en réalisant une expérience simple. Comme le montre la figure, cela nécessitera une source de courant avec une tension U au niveau de ses électrodes, une résistance constante R et des fils de connexion. Vous pouvez utiliser une lampe à incandescence ordinaire comme résistance. Un courant créé par les électrons se déplaçant à l’intérieur d’un conducteur métallique circulera à travers son fil, conformément à la formule I = U/R.
Système circuit commun sera constitué d'une section extérieure, comprenant la résistance, les fils de connexion et les contacts de la batterie, et d'une section intérieure située entre les électrodes de la source de courant. Un courant formé d’ions chargés positivement et négativement circulera également dans la section interne. La cathode et l'anode commenceront à accumuler des charges avec plus et moins, après quoi une charge apparaîtra parmi elles.
Le mouvement complet des ions sera entravé par la résistance interne de la batterie r, qui limite la sortie de courant vers le circuit externe et réduit sa puissance à une certaine limite. Par conséquent, le courant dans le circuit commun passe à l’intérieur des circuits internes et externes, surmontant alternativement la résistance totale des segments (R+r). La taille du courant est influencée par un concept tel que la force électromotrice - CEM appliquée aux électrodes, indiquée par le symbole E.
La valeur EMF peut être mesurée aux bornes de la batterie à l'aide d'un voltmètre avec le circuit externe éteint. Après avoir connecté la charge, la présence de la tension U apparaîtra sur le voltmètre. Ainsi, lorsque la charge est déconnectée, U = E, lors de la connexion du circuit externe U< E.
La FEM donne une impulsion au mouvement des charges dans un circuit complet et détermine l'intensité du courant I = E/(R+r). Cette formule reflète la loi d'Ohm pour un circuit électrique CC complet. Il montre clairement les signes des contours internes et externes. Si la charge est déconnectée, les particules chargées continueront à se déplacer à l'intérieur de la batterie. Ce phénomène est appelé courant d'autodécharge, conduisant à une consommation inutile de particules métalliques dans la cathode.
Sous l'influence de l'énergie interne de la source d'alimentation, la résistance provoque un échauffement et sa dissipation supplémentaire à l'extérieur de l'élément. Petit à petit, la charge de la batterie disparaît complètement sans laisser de trace.
Loi d'Ohm pour un circuit à courant alternatif
Pour les circuits AC, la loi d'Ohm sera différente. Si l'on prend comme base la formule I = U/R, alors en plus résistance active Y sont ajoutées des résistances R, inductive XL et capacitive XC, liées aux réactives. Similaire circuits électriques sont utilisées beaucoup plus souvent que les connexions avec uniquement une résistance active et permettent de calculer toutes les options.
Cela inclut également le paramètre ω, qui est la fréquence cyclique du réseau. Sa valeur est déterminée par la formule ω = 2πf, dans laquelle f est la fréquence de ce réseau (Hz). A courant constant, cette fréquence sera égale à zéro, et la capacité prendra une valeur infinie. Dans ce cas, le circuit électrique CC sera interrompu, c’est-à-dire qu’il n’y aura pas de réactance.
Un circuit à courant alternatif n'est pas différent d'un circuit à courant continu, à l'exception de la source de tension. La formule générale reste la même, mais lorsque des éléments réactifs sont ajoutés, son contenu va complètement changer. Le paramètre f ne sera plus nul, ce qui indique la présence de réactance. Cela affecte également le courant circulant dans le circuit et provoque une résonance. Le symbole Z est utilisé pour indiquer l'impédance de la boucle.
La valeur marquée ne sera pas égale à la résistance active, c'est-à-dire Z ≠ R. La loi d'Ohm pour le courant alternatif ressemblera désormais à la formule I = U/Z. Connaissance de ces fonctionnalités et utilisation correcte des formules qui aideront à éviter mauvaise décision tâches électriques et prévenir les pannes éléments individuels contour.
La loi d'Ohm est souvent appelée la loi fondamentale de l'électricité. Le célèbre physicien allemand Georg Simon Ohm, qui l'a découvert en 1826, a établi la relation entre les principaux grandeurs physiques circuit électrique - résistance, tension et courant.
Circuit électrique
Pour mieux comprendre la signification de la loi d’Ohm, vous devez comprendre le fonctionnement d’un circuit électrique.
Qu'est-ce qu'un circuit électrique ? Il s’agit du chemin parcouru par les particules chargées électriquement (électrons) dans un circuit électrique.
Pour que le courant existe dans un circuit électrique, il est nécessaire d'avoir un dispositif qui créerait et maintiendrait une différence de potentiel dans les sections du circuit en raison de forces d'origine non électrique. Un tel appareil est appelé Source CC, et les forces - forces extérieures.
J'appelle un circuit électrique dans lequel se trouve une source de courant T circuit électrique complet. La source de courant dans un tel circuit remplit à peu près la même fonction qu'une pompe pompant du liquide dans un système hydraulique fermé.
Le circuit électrique fermé le plus simple se compose d'une source et d'un consommateur énergie électrique, reliés entre eux par des conducteurs.
Paramètres du circuit électrique
Ohm a dérivé expérimentalement sa célèbre loi.
Faisons une expérience simple.
Assemblons un circuit électrique dans lequel la source de courant est une batterie et l'instrument de mesure du courant est un ampèremètre connecté en série au circuit. La charge est une spirale métallique. Nous mesurerons la tension à l'aide d'un voltmètre connecté en parallèle à la spirale. Terminons avecà l'aide de la clé, connectez le circuit électrique et enregistrez les lectures de l'instrument.
Connectons une deuxième batterie avec exactement les mêmes paramètres à la première batterie. Fermons à nouveau le circuit. Les instruments montreront que le courant et la tension ont doublé.
Si vous en ajoutez une autre du même type à 2 batteries, le courant triplera et la tension triplera également.
La conclusion est évidente : Le courant dans un conducteur est directement proportionnel à la tension appliquée aux extrémités du conducteur.
Dans notre expérience, la valeur de la résistance est restée constante. Nous avons uniquement modifié l'amplitude du courant et de la tension sur la section du conducteur. Laissons une seule batterie. Mais comme charge, nous utiliserons des spirales de différents matériaux. Leurs résistances sont différentes. En les connectant un par un, nous enregistrerons également les lectures des instruments. Nous verrons que c’est le contraire qui se produit ici. Plus la résistance est élevée, plus le courant est faible. Le courant dans un circuit est inversement proportionnel à la résistance.
Ainsi, notre expérience nous a permis d'établir la dépendance du courant à la tension et à la résistance.
Bien sûr, l’expérience d’Ohm était différente. À cette époque, il n’y avait pas d’ampèremètre et pour mesurer le courant, Ohm utilisait une balance à torsion coulombienne. La source actuelle était un élément Volta composé de zinc et de cuivre, qui se trouvaient dans une solution d'acide chlorhydrique. Fils de cuivre placé dans des tasses avec du mercure. Les extrémités des fils de la source de courant y ont également été amenées. Les fils étaient de même section mais de longueurs différentes. Pour cette raison, la valeur de la résistance a changé. En insérant alternativement différents fils dans la chaîne, nous avons observé l'angle de rotation de l'aiguille magnétique dans la balance de torsion. En fait, ce n’est pas la force du courant elle-même qui a été mesurée, mais le changement action magnétique courant dû à l'inclusion de fils de résistance différente dans le circuit. Om a appelé cela « perte de force ».
Mais d’une manière ou d’une autre, les expériences du scientifique lui ont permis d’en déduire sa fameuse loi.
Georg Simon Ohm
Loi d'Ohm pour un circuit complet
Pendant ce temps, la formule dérivée par Ohm lui-même ressemblait à ceci :
Ce n'est rien de plus que la formule de la loi d'Ohm pour un circuit électrique complet : «L'intensité du courant dans le circuit est proportionnelle à la FEM agissant dans le circuit et inversement proportionnelle à la somme de la résistance du circuit externe et de la résistance interne de la source.».
Dans les expériences d'Ohm, la quantité X a montré un changement dans la valeur actuelle. Dans la formule moderne, cela correspond à la force actuelleje circulant dans le circuit. Ordre de grandeur UN caractérisé les propriétés de la source de tension, ce qui correspond à la désignation moderne force électromotrice(CEM) ε . Valeur valeurje dépendait de la longueur des conducteurs reliant les éléments du circuit électrique. Cette valeur était analogue à la résistance d'un circuit électrique externeR. . Paramètre b caractérisé les propriétés de l'ensemble de l'installation sur laquelle l'expérimentation a été réalisée. En notation moderne, c'estr – résistance interne de la source de courant.
Comment est dérivée la formule moderne de la loi d’Ohm pour un circuit complet ?
Source CEMégal à la somme des chutes de tension sur le circuit extérieur (U ) et à la source elle-même (U 1 ).
ε = U + U 1 .
De la loi d'Ohm je = U / R. il s'ensuit que U = je · R. , UN U 1 = je · r .
En substituant ces expressions à la précédente, on obtient :
ε = je R + je r = je (R + r) , où
Selon la loi d'Ohm, la tension dans le circuit externe est égale au courant multiplié par la résistance. U = je · R. C'est toujours inférieur à la force électromotrice source. La différence est égale à la valeur U 1 = je r .
Que se passe-t-il lorsqu'une pile ou un accumulateur fonctionne ? Au fur et à mesure que la batterie se décharge, sa résistance interne augmente. Par conséquent, cela augmente U1 et diminue U .
La loi d'Ohm complète se transforme en loi d'Ohm pour une section d'un circuit si nous en supprimons les paramètres source.
Court-circuit
Que se passe-t-il si la résistance du circuit externe devient soudainement nulle ? Dans la vie de tous les jours, nous pouvons l'observer si, par exemple, l'isolation électrique des fils est endommagée et qu'ils sont court-circuités. Il se produit un phénomène appelé court-circuit. Courant appelé choc électrique court-circuit , sera extrêmement grand. Cela mettra en évidence un grand nombre de chaleur, ce qui pourrait provoquer un incendie. Pour éviter que cela ne se produise, des dispositifs appelés fusibles sont placés dans le circuit. Ils sont conçus de telle manière qu'ils sont capables de couper le circuit électrique en cas de court-circuit.
Loi d'Ohm pour le courant alternatif
Dans une chaîne Tension alternative En plus de la résistance active habituelle, il existe une réactance (capacité, inductance).
Pour de tels circuits U = je · Z , Où Z - la résistance totale, qui comprend des composants actifs et réactifs.
Mais les machines électriques et les centrales électriques puissantes ont une réactance élevée. DANS appareils ménagers, qui nous entoure, la composante réactive est si petite qu'elle peut être ignorée et utilisée pour les calculs forme simple Entrées de la loi d'Ohm :
je = U / R.
Puissance et loi d'Ohm
Ohm a non seulement établi la relation entre la tension, le courant et la résistance d'un circuit électrique, mais a également dérivé une équation pour déterminer la puissance :
P. = U · je = je 2 · R.
Comme vous pouvez le constater, plus le courant ou la tension est élevé, plus la puissance est élevée. Étant donné que le conducteur ou la résistance ne constitue pas une charge utile, la puissance qui lui tombe dessus est considérée comme une perte de puissance. Il sert à chauffer le conducteur. Et plus la résistance d'un tel conducteur est grande, plus la perte de puissance est importante. Pour réduire les pertes de chaleur, des conducteurs de plus faible résistance sont utilisés dans le circuit. Cela se fait, par exemple, dans des installations sonores puissantes.
Au lieu d'un épilogue
Un petit indice pour ceux qui sont confus et ne se souviennent pas de la formule de la loi d'Ohm.
Divisez le triangle en 3 parties. De plus, la manière dont nous procédons n’a absolument aucune importance. Entrons dans chacun d'eux les quantités incluses dans la loi d'Ohm - comme le montre la figure.
Fermons la valeur qui doit être trouvée. Si les valeurs restantes sont au même niveau, elles doivent alors être multipliées. S'ils sont situés sur différents niveaux, alors la valeur située au-dessus doit être divisée par la valeur inférieure.
La loi d'Ohm est largement utilisée dans la pratique en conception réseaux électriques dans la production et dans la vie de tous les jours.
Dans la nature, il existe deux principaux types de matériaux, conducteurs et non conducteurs (diélectriques). Ces matériaux diffèrent par la présence de conditions permettant le mouvement du courant électrique (électrons).
Ils sont fabriqués à partir de matériaux conducteurs (cuivre, aluminium, graphite et bien d'autres). conducteurs électriques, les électrons qu’ils contiennent ne sont pas liés et peuvent se déplacer librement.
Dans les diélectriques, les électrons sont étroitement liés aux atomes, le courant ne peut donc pas y circuler. Ils sont utilisés pour réaliser l’isolation des fils et des pièces d’appareils électriques.
Pour que les électrons commencent à se déplacer dans un conducteur (le courant circule dans une section du circuit), ils doivent créer des conditions. Pour ce faire, il doit y avoir un excès d’électrons au début de la section de chaîne, et un déficit à la fin. Pour créer de telles conditions, des sources de tension sont utilisées - accumulateurs, batteries, centrales électriques.
En 1827 Georg Simon Ohm découvert la loi du courant électrique. La loi et l'unité de mesure de la résistance portent son nom. Le sens de la loi est le suivant.
Plus le tuyau est épais et plus la pression de l'eau dans l'alimentation en eau est élevée (à mesure que le diamètre du tuyau augmente, la résistance à l'eau diminue) - plus l'eau coulera. Si nous imaginons que l'eau est constituée d'électrons ( électricité), puis plus le fil est épais et plus la tension est élevée (à mesure que la section du fil augmente, la résistance au courant diminue) - plus le courant circulera dans la section du circuit.
Le courant circulant dans un circuit électrique est directement proportionnel à la tension appliquée et inversement proportionnel à la valeur de la résistance du circuit.
Où je– l'intensité du courant, mesurée en ampères et indiquée par la lettre UN; U DANS; R.– résistance, mesurée en ohms et désignée Ohm.
Si la tension d'alimentation est connue U et résistance de l'appareil électrique R., puis en utilisant la formule ci-dessus, en utilisant calculateur en ligne, il est facile de déterminer l'intensité du courant circulant dans le circuit je.
À l'aide de la loi d'Ohm, les paramètres électriques du câblage électrique sont calculés, éléments chauffants, tous les radioéléments modernes équipement électronique, que ce soit un ordinateur, une télévision ou un téléphone portable.
Application de la loi d'Ohm en pratique
En pratique, il est souvent nécessaire de déterminer non pas l'intensité du courant je, et la valeur de la résistance R.. En transformant la formule de la loi d'Ohm, vous pouvez calculer la valeur de la résistance R., connaissant le courant qui circule je et valeur de tension U.
La valeur de la résistance peut devoir être calculée, par exemple, lors de la création d'un bloc de charge pour tester l'alimentation d'un ordinateur. Il y a généralement une étiquette sur le boîtier d'alimentation de l'ordinateur qui indique le courant de charge maximum pour chaque tension. Il suffit de saisir les valeurs de tension données et le courant de charge maximum dans les champs du calculateur et, à la suite du calcul, nous obtenons la valeur de la résistance de charge pour une tension donnée. Par exemple, pour une tension de +5 V avec un courant maximum de 20 A, la résistance de charge sera de 0,25 Ohm.
Formule de la loi Joule-Lenz
Nous avons calculé la valeur de la résistance pour réaliser un bloc de charge pour l'alimentation de l'ordinateur, mais nous devons encore déterminer quelle puissance la résistance doit avoir ? Une autre loi de la physique sera utile ici, qui a été découverte simultanément par deux physiciens indépendamment l'un de l'autre. En 1841 James Joule et en 1842 Emil Lenz. Cette loi porte leur nom - Loi Joule-Lenz.
La puissance consommée par la charge est directement proportionnelle à la tension appliquée et au courant circulant. En d’autres termes, lorsque la tension et le courant changent, la consommation électrique change proportionnellement.
Où P.– la puissance, mesurée en watts et désignée W;
U– tension, mesurée en volts et désignée par la lettre DANS;
je– l'intensité du courant, mesurée en ampères et désignée par la lettre UN.
Connaissant la tension d'alimentation et le courant consommés par un appareil électrique, vous pouvez utiliser une formule pour déterminer la quantité d'énergie qu'il consomme. Entrez simplement les données dans les cases ci-dessous dans le calculateur en ligne.
La loi Joule-Lenz permet également de connaître le courant consommé par un appareil électrique en connaissant sa puissance et sa tension d'alimentation. La quantité de courant consommée est nécessaire, par exemple, pour sélectionner la section du fil lors de la pose du câblage électrique ou pour calculer la valeur nominale.
Par exemple, calculons la consommation actuelle d'une machine à laver. D'après le passeport, la consommation électrique est de 2200 W, la tension du réseau électrique domestique est de 220 V. On substitue les données dans les fenêtres de la calculatrice, on obtient que Machine à laver consomme un courant de 10 A.
Autre exemple : vous décidez d'installer un phare supplémentaire ou un amplificateur de son dans votre voiture. Connaissant la consommation électrique de l'appareil électrique installé, il est facile de calculer la consommation de courant et de sélectionner la bonne section de fil pour la connexion au câblage électrique du véhicule. Disons qu'un phare supplémentaire consomme une puissance de 100 W (la puissance de l'ampoule installée dans le phare), tension à bord Le réseau automobile est de 12 V. On substitue les valeurs de puissance et de tension dans les fenêtres de la calculatrice, on constate que la quantité de courant consommée sera de 8,33 A.
Après avoir compris seulement deux formules simples, vous pouvez facilement calculer les courants circulant dans les fils, la consommation électrique de tout appareil électrique - vous commencerez pratiquement à comprendre les bases de l'électrotechnique.
Formules converties de la loi d'Ohm et de Joule-Lenz
Je suis tombé sur une image sur Internet sous la forme d'une tablette ronde, dans laquelle sont placées avec succès les formules de la loi d'Ohm et de la loi de Joule-Lenz et les options de transformation mathématique des formules. La plaque représente quatre secteurs sans rapport les uns avec les autres et est très pratique pour une utilisation pratique
À l'aide du tableau, il est facile de sélectionner une formule pour calculer le paramètre requis du circuit électrique en utilisant deux autres formules connues. Par exemple, vous devez déterminer la consommation actuelle d'un produit en fonction de la puissance et de la tension connues du réseau d'alimentation. En regardant le tableau du secteur actuel, nous voyons que la formule I=P/U convient au calcul.
Et si vous devez déterminer la tension d'alimentation U en fonction de la consommation électrique P et du courant I, alors vous pouvez utiliser la formule du secteur inférieur gauche, la formule U=P/I fera l'affaire.
Les quantités substituées dans les formules doivent être exprimées en ampères, volts, watts ou Ohms.