Ohmsches Gesetz im Klartext

Geschichtsreferenz

Das Jahr der Entdeckung ist das Ohmsche Gesetz - 1826 des deutschen Wissenschaftlers Georg Om. Er bestimmte empirisch das Gesetz über das Verhältnis von Stromstärke, Spannung und Leitertyp und beschrieb es. Später stellte sich heraus, dass die dritte Komponente nichts als Widerstand ist. Später wurde dieses Gesetz zu Ehren des Entdeckers benannt, aber das Gesetz hörte hier nicht auf, es wurde nach seinem Namen und seiner physischen Größe als Hommage an seine Arbeit benannt.

Der Wert, in dem der Widerstand gemessen wird, ist nach Georg Ohm benannt. Zum Beispiel haben Widerstände zwei Hauptmerkmale: Leistung in Watt und Widerstand - eine Maßeinheit in Ohm, Kilo-Ohm, Mega-Ohm usw.

Ohmsches Gesetz für einen Kettenabschnitt

Das Ohmsche Gesetz für einen Abschnitt eines Stromkreises kann verwendet werden, um einen Stromkreis zu beschreiben, der keine EMF enthält. Dies ist die einfachste Form der Aufnahme. Es sieht aus wie das:

I = U / R.

Wobei I der in Ampere gemessene Strom ist, U die Spannung in Volt ist, R der Widerstand in Ohm ist.

Diese Formel sagt uns, dass der Strom direkt proportional zur Spannung und umgekehrt proportional zum Widerstand ist - dies ist die genaue Formulierung des Ohmschen Gesetzes. Die physikalische Bedeutung dieser Formel besteht darin, die Abhängigkeit des Stroms durch einen Abschnitt eines Stromkreises mit seinem bekannten Widerstand und seiner Spannung zu beschreiben.

Achtung!Diese Formel gilt für Gleichstrom, für Wechselstrom gibt es geringfügige Unterschiede, auf die wir später zurückkommen werden.

Zusätzlich zum Verhältnis der elektrischen Größen zeigt diese Form, dass der Graph des Stroms gegenüber der Spannung im Widerstand linear ist und die Funktionsgleichung erfüllt ist:

f (x) = ky oder f (u) = IR oder f (u) = (1 / R) * I.

Das Ohmsche Gesetz für einen Schaltungsabschnitt wird verwendet, um den Widerstand eines Widerstands in einem Schaltungsabschnitt zu berechnen oder den Strom durch ihn bei einer bekannten Spannung und einem bekannten Widerstand zu bestimmen. Zum Beispiel haben wir einen Widerstand R mit einem Widerstand von 6 Ohm, an dessen Klemmen eine Spannung von 12 V angelegt wird. Sie müssen herausfinden, welcher Strom durch ihn fließt. Berechnung:

I = 12 V / 6 Ohm = 2 A.

Ein idealer Leiter hat jedoch keinen Widerstand. Aufgrund der Struktur der Moleküle der Substanz, aus der er besteht, hat jeder leitende Körper einen Widerstand. Dies verursachte beispielsweise den Übergang von Aluminium- zu Kupferdrähten in elektrischen Heimnetzen.Der spezifische Widerstand von Kupfer (Ohm pro 1 Meter Länge) ist geringer als der von Aluminium. Dementsprechend erwärmen sich Kupferdrähte weniger und halten großen Strömen stand, was bedeutet, dass Sie einen Draht mit kleinerem Querschnitt verwenden können.

Ein weiteres Beispiel - die Spiralen von Heizgeräten und Widerständen haben einen großen spezifischen Widerstand, weil bestehen aus verschiedenen hochohmigen Metallen wie Nichrom, Cantal usw. Wenn sich die Ladungsträger durch den Leiter bewegen, kollidieren sie mit Partikeln im Kristallgitter. Dadurch wird Energie in Form von Wärme freigesetzt und der Leiter erwärmt. Je mehr Strom - je mehr Kollisionen - desto mehr Wärme.

Um die Erwärmung zu verringern, muss der Leiter entweder gekürzt oder seine Dicke erhöht werden (Querschnittsfläche). Diese Informationen können als Formel geschrieben werden:

R._{das Kabel}= ρ (L / S)

Wobei ρ der spezifische Widerstand in Ohm * mm ist²/ m, L - Länge in m, S - Querschnittsfläche.

Ohmsches Gesetz für parallele und serielle Schaltung

Je nach Art der Verbindung wird ein unterschiedliches Muster des Stromflusses und der Spannungsverteilung beobachtet. Für einen Abschnitt einer Reihenschaltungsschaltung von Elementen werden Spannung, Strom und Widerstand durch die Formel ermittelt

I = I1 = I2

U = U1 + U2

R = R1 + R2

Dies bedeutet, dass der gleiche Strom in einer Schaltung aus einer beliebigen Anzahl von in Reihe geschalteten Elementen fließt. In diesem Fall ist die an alle Elemente angelegte Spannung (die Summe der Spannungsabfälle) gleich der Ausgangsspannung der Stromquelle. Jedes Element wird separat mit einem eigenen Spannungswert angelegt und hängt von der Stromstärke und dem spezifischen Widerstand ab:

U._e= I * R._Element

Der Widerstand der Schaltung für parallel geschaltete Elemente wird nach folgender Formel berechnet:

I = I1 + I2

U = U1 = U2

1 / R = 1 / R1 + 1 / R2

Für eine gemischte Verbindung muss die Kette in eine äquivalente Form gebracht werden. Wenn beispielsweise ein Widerstand mit zwei parallel geschalteten Widerständen verbunden ist, berechnen Sie zuerst den Widerstand der parallel geschalteten Widerstände. Sie erhalten den Gesamtwiderstand der beiden Widerstände und müssen ihn nur zum dritten addieren, der in Reihe mit ihnen geschaltet ist.

Ohmsches Gesetz für die gesamte Kette

Eine komplette Schaltung benötigt eine Stromquelle. Eine ideale Stromquelle ist ein Gerät mit einer Eigenschaft:

• Spannung, wenn es sich um eine EMF-Quelle handelt;
• Stromstärke, wenn es sich um eine Stromquelle handelt;

Eine solche Stromquelle kann jede Leistung mit konstanten Ausgangsparametern liefern. In einer realen Stromversorgung gibt es auch Parameter wie Leistung und Innenwiderstand. Tatsächlich ist der Innenwiderstand ein imaginärer Widerstand, der in Reihe mit der EMK-Quelle installiert ist.

Die Ohmsche Gesetzformel für die gesamte Schaltung sieht ähnlich aus, aber der Innenwiderstand des IP wird addiert. Für eine vollständige Schaltung schreiben Sie:

I = & epsi; / (R + r)

Wobei ε die EMF in Volt ist, R der Lastwiderstand ist, r der Innenwiderstand der Stromquelle ist.

In der Praxis beträgt der Innenwiderstand einen Bruchteil von Ohm und steigt bei galvanischen Quellen erheblich an. Sie haben dies beobachtet, wenn die beiden Batterien (neu und leer) die gleiche Spannung haben, aber eine von ihnen den erforderlichen Strom erzeugt und ordnungsgemäß funktioniert, und die zweite funktioniert nicht, weil sackt bei geringster Belastung ab.

Ohmsches Gesetz in Differential- und Integralform

Für einen homogenen Teil der Schaltung gelten die obigen Formeln, für einen inhomogenen Leiter ist es notwendig, ihn in möglichst kurze Segmente zu unterteilen, damit Änderungen seiner Abmessungen innerhalb dieses Segments minimiert werden. Dies nennt man Ohmsches Gesetz in Differentialform.

Mit anderen Worten: Die Stromdichte ist direkt proportional zur Stärke und Leitfähigkeit für einen unendlich kleinen Teil des Leiters.

In integraler Form:

Ohmsches Gesetz für AC

Bei der Berechnung von Wechselstromkreisen wird anstelle des Widerstandsbegriffs das Konzept der "Impedanz" eingeführt. Die Impedanz wird mit dem Buchstaben Z bezeichnet, sie enthält den Lastwiderstand R._a und Reaktanz X (oder R._r)Dies ist auf die Form des sinusförmigen Stroms (und auf Ströme anderer Formen) und die Parameter induktiver Elemente sowie auf Schaltgesetze zurückzuführen:

1. Der Strom in der Schaltung mit Induktivität kann sich nicht sofort ändern.
2. Die Spannung in der Schaltung mit der Kapazität kann sich nicht sofort ändern.

Somit beginnt der Strom zu verzögern oder der Spannung voraus zu sein, und die Gesamtleistung wird in aktiv und reaktiv aufgeteilt.

U = I * Z.

X._L. und X._C. Sind reaktive Komponenten der Last.

In dieser Hinsicht wird der Wert cos Φ eingeführt:

Hier ist Q die Blindleistung aufgrund von Wechselstrom und induktiv-kapazitiven Komponenten, P ist die Wirkleistung (den aktiven Komponenten zugeordnet), S ist die Scheinleistung, cos Φ ist der Leistungsfaktor.

Möglicherweise haben Sie bemerkt, dass sich die Formel und ihre Darstellung mit dem Satz von Pythagoras überschneiden. Dies ist in der Tat so, und der Winkel Ф hängt davon ab, wie groß die reaktive Komponente der Last ist - je größer sie ist, desto größer ist sie. In der Praxis führt dies dazu, dass der tatsächlich im Netz fließende Strom größer ist als der vom Haushaltszähler berücksichtigte, während Unternehmen für die volle Leistung zahlen.

In diesem Fall wird der Widerstand in einer komplexen Form dargestellt:

Hier ist j eine imaginäre Einheit, die typisch für die komplexe Form von Gleichungen ist. Weniger häufig als i bezeichnet, aber in der Elektrotechnik wird auch der effektive Wert des Wechselstroms angegeben. Um nicht verwirrt zu werden, ist es besser, j zu verwenden.

Die imaginäre Einheit ist √-1. Es ist logisch, dass es beim Quadrieren keine solche Zahl gibt, was zu einem negativen Ergebnis von „-1“ führen kann.

Wie man sich an Ohms Gesetz erinnert

Um sich an das Ohmsche Gesetz zu erinnern, können Sie sich den Wortlaut in einfachen Worten merken:

Je höher die Spannung, desto größer der Strom, desto größer der Widerstand, desto niedriger der Strom.

Oder verwenden Sie die mnemonischen Bilder und Regeln. Das erste ist eine Darstellung des Ohmschen Gesetzes in Form einer Pyramide - kurz und klar.

Die Mnemonikregel ist eine vereinfachte Ansicht eines Konzepts für sein einfaches und leichtes Verständnis und Studium. Es kann entweder verbal oder grafisch sein. Um die richtige Formel richtig zu finden, schließen Sie den gewünschten Wert mit Ihrem Finger und erhalten Sie die Antwort in Form einer Arbeit oder eines Quotienten. So funktioniert das:

Die zweite ist eine karikierte Aufführung. Hier wird gezeigt: Je mehr Ohm-Versuche, desto schwieriger Ampere-Durchgänge und je mehr Volt - desto einfacher Ampere-Durchgänge.

Schließlich empfehlen wir, ein nützliches Video anzusehen, in dem das Ohmsche Gesetz und seine Anwendung in einfachen Worten erklärt werden:

Das Ohmsche Gesetz ist eines der Grundprinzipien der Elektrotechnik, ohne sein Wissen sind die meisten Berechnungen unmöglich. Und im Arbeitsalltag muss oft übersetzt werden Ampere bis Kilowatt oder durch Widerstand, um den Strom zu bestimmen. Es ist absolut nicht notwendig, seine Schlussfolgerung und den Ursprung aller Größen zu verstehen - aber die endgültigen Formeln sind für die Entwicklung erforderlich. Abschließend möchte ich festhalten, dass es unter Elektrikern ein altes Comic-Sprichwort gibt:"Weiß nicht Om - setz dich zu Hause."Und wenn in jedem Witz ein Anteil der Wahrheit steckt, dann ist dieser Anteil der Wahrheit hier 100%. Lernen Sie die theoretischen Grundlagen kennen, wenn Sie in der Praxis professionell werden möchten, und andere Artikel auf unserer Website helfen Ihnen dabei.