Ohmi seadus terve vooluringi ja vooluringi osa jaoks: valemi kirjutamise variandid, kirjeldus ja selgitus

Professionaalne elektrik ja elektroonikaspetsialist ei saa oma töös kuidagi Ohmi seadust mööda minna, lahendades igasuguseid ülesandeid, mis on seotud elektroonika- ja elektriskeemide seadistamise, reguleerimise ja parandamisega.

Tegelikult on selle seaduse mõistmine vajalik igale inimesele. Sest igal inimesel tuleb igapäevaelus tegeleda elektriga.

Ja kuigi Saksa füüsiku Ohmi seadus on keskkooli õppekavas ette nähtud, ei õpita seda praktikas alati õigeaegselt. Seetõttu käsitleme oma materjalis sellist elulist teemat ja tutvume valemi kirjutamise variantidega.

Eraldi lõik ja täielik elektriahel

Vaadeldes elektriahelat Ohmi seaduse skeemile rakendamise seisukohast, tuleb märkida kaks võimalikku arvutusvarianti: eraldi võetud lõigu ja tervikliku skeemi jaoks.

Elektriskeemi lõigu voolu arvutus

Elektriahela lõiguks käsitletakse reeglina skeemi osa, mis välistab EMF-i allika kui täiendava sisetakistusega elemendi.

Seetõttu on arvutusvalem sel juhul lihtne:

I = U/ R,

Kus vastavalt:

• I – voolutugevus;
• U – rakendatud pinge;
• R – takistus.

Valemi tõlgendus on lihtne – vool, mis voolab läbi teatud ahela lõigu, on võrdeline sellele rakendatud pingega ja pöördvõrdeline takistusega.

Niinimetatud graafiline 'kummel', mille kaudu on esitatud kõik Ohmi seadusel põhinevad sõnastusvariatsioonid. Mugav tööriist taskusse hoidmiseks: sektor “P” – võimsuse valemid; sektor “U” – pinge valemid; sektor “I” – voolu valemid; sektor “R” – takistuse valemid

Seega kirjeldab valem selgelt voolu sõltuvust elektriahela eraldi lõigus teatud pinge ja takistuse väärtuste suhtes.

Valemit on mugav kasutada näiteks takistuse parameetrite arvutamisel, mis tuleb vooluringi jootma, kui on antud pinge ja vool.

Ohmi seadus ja kaks järeldust, mida peab valdama iga professionaalne elektromehaanik, elektriinsener, elektroonik ja kõik, kes on seotud elektrilülituste tööga. Vasakult paremale: 1 – voolu määratlus; 2 – takistuse määratlus; 3 – pinge määratlus, kus I – voolutugevus, U – pinge, R – takistus

Ülaltoodud joonis aitab määrata näiteks voolu, mis läbib 10-oomist takistust, millele on rakendatud pinge 12 volti. Väärtusi asendades leiame – I = 12 / 10 = 1.2 amprit.

Samamoodi lahendatakse ülesanded takistuse leidmiseks (kui on teada vool ja pinge) või pinge leidmiseks (kui on teada pinge ja vool).

Seega saab alati valida vajaliku tööpinge, vajaliku voolutugevuse ja optimaalse takistuselemendi.

Valem, mida soovitatakse kasutada, ei nõua pingeallika parameetrite arvestamist. Siiski arvutatakse näiteks akut sisaldav lülitus teise valemi järgi. Skeemil: A – ampermeetri ühendus; V – voltmeetri ühendus.

Muide, iga lülituse ühendusjuhtmed on takistused. Koormuse suurus, mida nad peavad kandma, määratakse pingega.

Vastavalt, jälle Ohmi seadust kasutades, muutub võimalikuks juhi vajaliku ristlõike täpne valik sõltuvalt südamiku materjalist.

Meie veebilehel on üksikasjalik juhend kaabli ristlõike arvutamiseks võimsuse ja voolu järgi.

Arvutusvariant täieliku ahela jaoks

Täieliku lülituse moodustavad juba lõik (lõigud) ning ka EDS-i allikas. See tähendab, et tegelikult lisatakse lülituse lõigu olemasolevale takistuskomponendile EDS-i allika sisetakistus.

Seetõttu on loogiline eespool vaadeldud valemi mõningane muutmine:

I = U / (R + r)

Muidugi võib EDS-i sisetakistuse väärtust Ohmi seaduses täieliku elektrilülituse jaoks pidada tühiselt väikeseks, tõsi, see takistuse väärtus sõltub suuresti EDS-i allika struktuurist.

Siiski on keerukate elektroonikaskeemide, paljude juhtmetega elektrilülituste arvutustel lisatakistuse olemasolu oluline tegur.

Täieliku elektriahela tingimustes arvutustel võetakse alati arvesse EMJ allika takistusväärtus. See väärtus liidetakse elektriahela enda takistusega. Skeemil: I – voolu läbimine; R – väline takistuselement; r – EMJ (energiaallika) takistustegur.

Nii ahela osa kui ka kogu skeemi puhul tuleb arvestada loomuliku asjaoluga – kasutatakse pidev- või vahelduvvoolu.

Kui ülalnimetatud Ohmi seadusele iseloomulikke aspekte käsitleti pidevvoolu kasutamise seisukohast, siis vahelduvvooluga näeb kõik välja pisut teisiti.

Seaduse toime vaatlemine muutuva suuruse puhul

Mõistet «takistus» tuleks vahelduvvoolu läbimise tingimustes käsitleda pigem mõistena «impedants». Siin peetakse silmas aktiivse takistuskoormuse (Ra) ja reaktiivtakistist (Rr) moodustatud koormuse kombinatsiooni.

Sellised nähtused on tingitud induktiivsete elementide parameetritest ja lülitusseadustest seoses vahelduvpingega – siinusvooluga.

Selline näeb välja vahelduvvooluahela ekvivalentskeem arvutamisel Ohmi seaduse põhimõtetest lähtuvate sõnastustega: R – takistuskomponent; C – mahtuvuskomponent; L – induktiivsuskomponent; EMJ - energiaallikas; I - voolu läbimine

Teisisõnu, esineb vooluväärtuste (mahajäämise või) pingeväärtustest ees olemise efekt, millega kaasneb aktiivse (takistusliku) ja reaktiivse (induktiivse või mahtuvusliku) võimsuse teke.

Selliste nähtuste arvutamiseks kasutatakse valemit:

Z = U / I või Z = R + J * (X_L – X_C)

kus: Z – impedants; R – aktiivkoormus; X_L, X_C – induktiiv- ja mahtuvuskoormus; J – koefitsient.

Elementide jada- ja rööpühendus

Elektrivõrgu elementidele (ahela osale) on iseloomulik jada- või rööpuhendus.

Vastavalt sellele kaasnevad iga ühendustüübiga erinev voolu liikumise olemus ja pinge toide. Ohmi seadust rakendatakse sel puhul samuti erinevalt, olenevalt elementide ühendamise viisist.

Jadaühendatud takistuselementide ahel

Jadaühenduse (kahe komponendiga ahelaosa) puhul kasutatakse sõnastust:

• I = I₁ = I₂ ;
• U = U₁ + U₂ ;
• R = R₁ + R₂

Selline sõnastus näitab selgelt, et olenemata järjestikku ühendatud takistuskomponentide arvust, ei muutu vool ahela osas oma väärtust.

Resistiivsete elementide järjestikku ühendamine ahela lõigus üksteise järel. Selle variandi puhul kehtib oma arvutusseadus. Skeemil: I, I1, I2 – voolu läbimine; R1, R2 – takistuselemendid; U, U1, U2 – rakendatud pinge

Skeemi aktiivsetele takistuskomponentidele rakendatud pinge suurus on summa ja moodustab tervikuna elektromotoorjõu allika väärtuse.

Seejuures on pinge igal üksikul komponendil võrdne: Ux = I * Rx.

Kogutakistust tuleb käsitleda ahela kõigi takistuskomponentide nimiväärtuste summana.

Rööpühendatud takistuselementide ahel

Juhul, kui takistuskomponendid on ühendatud paralleelselt, on saksa füüsiku Ohmi seaduse seisukohast õige järgmine sõnastus:

• I = I₁ + I₂ … ;
• U = U₁ = U₂ … ;
• 1 / R = 1 / R₁ + 1 / R₂ + …

Ei ole välistatud variantide koostamine skeemilõikudest „segatüüpilise” kujuga, kus kasutatakse paralleel- ja jadaühendust.

Takistuselementide paralleelne ühendamine ahela lõigus üksteisega. Selle variandi puhul kasutatakse oma arvutusseadust. Skeemil: I, I1, I2 – voolu läbimine; R1, R2 – takistuselemendid; U – rakendatud pinge; A, B – sisenemis-/väljumispunktid

Selliste variantide puhul alustatakse arvutust tavaliselt paralleelühenduse takistuse nimiväärtuse arvutamisest. Seejärel lisatakse saadud tulemusele järjestikku ühendatud takisti nimiväärtus.

Seaduse integraal- ja diferentsiaalvormid

Kõik eelpool kirjeldatud arvutusi puudutavad punktid kehtivad tingimustes, kus elektriskeemides kasutatakse juhte, nii-öelda „homogeense” struktuuriga.

Samas tuleb praktikas sageli kokku puutuda skeemi loomisega, kus erinevates lõikudes juhtide struktuur muutub. Näiteks kasutatakse suurema või vastupidi väiksema ristlõikega juhtmeid, mis on valmistatud erinevatest materjalidest.

Selliste erinevuste arvessevõtmiseks on olemas niinimetatud „diferentsiaal-integraalse Ohmi seaduse” variant. Lõpmatult väikese juhi puhul arvutatakse voolutiheduse tase sõltuvalt elektrivälja tugevusest ja erijuhtivuse suurusest.

Diferentsiaalseks arvutuseks võetakse valem: J = ό * E

Integraalseks arvutuseks vastavalt sõnastus: I * R = φ1 – φ2 + έ   

Need näited on siiski pigem juba kõrgema matemaatika valdkonda lähedal ja lihtsa elektriku tegelikus praktikas neid tegelikult ei kasutata.

Järeldused ja kasulik video teemal

Allpool esitatud videoklipp Ohmi seaduse üksikasjalikust analüüsist aitab lõplikult kinnistada teadmisi selles valdkonnas.

Omalaadne videotund kinnitab kvaliteetselt teoreetilist kirjalikku esitust:

Elektriku töö või elektrooniku tegevus on lahutamatult seotud hetkedega, mil tuleb reaalselt jälgida Georg Ohmi seadust tegevuses. Need on omamoodi üldtuntud tõed, mida iga professionaal peaks teadma.

Selles küsimuses pole vaja ulatuslikke teadmisi – piisab kolme peamise sõnastuse variandi õppimisest, et neid praktikas edukalt rakendada.

Soovite täiendada eespool esitatud materjali väärtuslike märkustega või avaldada oma arvamust? Palun kirjutage kommentaarid artikli all olevasse plokki. Kui Teil jäi küsimusi, ärge kõhelge neid meie ekspertidelt küsida.