Định luật Ohm về trở kháng dòng điện xoay chiều. Định luật Ohm một cách đơn giản

Thêm trang web vào dấu trang

Định luật Ohm

Hình vẽ là sơ đồ đơn giản nhất quen thuộc với bạn mạch điện. Mạch khép kín này bao gồm ba phần tử:

• nguồn điện áp – pin GB;
• người tiêu dùng hiện tại - tải R, ví dụ, có thể là dây tóc đèn điện hoặc điện trở;
• dây dẫn nối nguồn điện áp với tải.

Nhân tiện, nếu mạch này được bổ sung một công tắc, nó sẽ biến thành sơ đồ hoàn chỉnhđèn pin điện bỏ túi. Tải R có điện trở nhất định là một phần của mạch điện.

Giá trị của dòng điện trong phần này của mạch phụ thuộc vào điện áp tác dụng lên nó và điện trở của nó: điện áp càng cao và điện trở càng thấp thì dòng điện sẽ chạy qua phần mạch càng lớn.

Sự phụ thuộc của dòng điện vào điện áp và điện trở được thể hiện bằng công thức sau:

• I - dòng điện, tính bằng ampe, A;
• U – điện áp tính bằng vôn, V;
• R – điện trở tính bằng ohm, Ohm.

Biểu thức toán học này được đọc như sau: dòng điện trong một phần của mạch tỷ lệ thuận với điện áp trên nó và tỷ lệ nghịch với điện trở của nó. Đây là định luật cơ bản của kỹ thuật điện, được gọi là định luật Ohm (theo tên họ của G. Ohm) đối với một phần của mạch điện. Sử dụng định luật Ohm, bạn có thể tìm ra đại lượng thứ ba chưa biết từ hai đại lượng điện đã biết. Dưới đây là một số ví dụ ứng dụng thực tếĐịnh luật Ohm:

1. Ví dụ đầu tiên. Một điện áp 25 V được đặt vào một đoạn mạch có điện trở 5 ohm. Chúng ta cần tìm ra giá trị dòng điện trong đoạn mạch này. Giải: I = U/R = 25/5 = 5 A.
2. Ví dụ thứ hai. Một điện áp 12 V tác dụng lên một phần của mạch, tạo ra dòng điện 20 mA trong đó. Điện trở của đoạn mạch này là bao nhiêu? Trước hết, 20 mA hiện tại phải được biểu thị bằng ampe. Đây sẽ là 0,02 A. Khi đó R = 12 / 0,02 = 600 Ohms.
3. Ví dụ thứ ba. Dòng điện 20 mA chạy qua một đoạn mạch có điện trở 10 kOhm. Điện áp tác dụng lên đoạn mạch này là bao nhiêu? Ở đây, như trong ví dụ trước, dòng điện phải được biểu thị bằng ampe (20 mA = 0,02 A), điện trở tính bằng ohm (10 kOhm = 10000 Ohms). Do đó, U = IR = 0,02×10000 = 200 V.

Đế đèn sợi đốt của đèn pin phẳng có dán nhãn: 0,28 A và 3,5 V. Thông tin này có ý nghĩa gì? Thực tế là bóng đèn sẽ phát sáng bình thường ở dòng điện 0,28 A được xác định bởi hiệu điện thế 3,5 V. Áp dụng định luật Ohm, dễ dàng tính được rằng dây tóc bóng đèn bị đốt nóng có điện trở R = 3,5 / 0,28 = 12,5 Ôm.

Đây là điện trở của dây tóc bị đốt nóng của bóng đèn; điện trở của dây tóc được làm nguội nhỏ hơn nhiều. Định luật Ohm không chỉ đúng cho một phần mà còn đúng cho toàn bộ mạch điện. Trong trường hợp này, tổng điện trở của tất cả các phần tử mạch điện, bao gồm cả sức đề kháng nội bộ nguồn hiện tại. Tuy nhiên, trong các tính toán mạch đơn giản nhất, điện trở của dây dẫn kết nối và điện trở trong của nguồn dòng thường bị bỏ qua.

Về vấn đề này, cần đưa thêm một ví dụ nữa: điện áp của mạng điện chiếu sáng là 220 V. Dòng điện chạy trong mạch là bao nhiêu nếu điện trở tải là 1000 Ohms? Lời giải: I = U/R = 220/1000 = 0,22 A. Một mỏ hàn điện tiêu thụ dòng điện xấp xỉ dòng điện này.

Tất cả các công thức này, tuân theo định luật Ohm, cũng có thể được sử dụng để tính toán mạch điện Dòng điện xoay chiều, nhưng với điều kiện là không có cuộn cảm và tụ điện trong mạch.

Định luật Ohm và các công thức tính toán rút ra từ nó khá dễ nhớ nếu bạn sử dụng sơ đồ đồ họa, đây được gọi là tam giác định luật Ohm.

Sử dụng hình tam giác này rất dễ dàng, chỉ cần nhớ rõ rằng đường chân trời nó có nghĩa là dấu chia (tương tự như đường phân số) và đường thẳng đứng có nghĩa là dấu nhân.

Bây giờ chúng ta nên xem xét câu hỏi sau: một điện trở mắc trong mạch nối tiếp hoặc song song với tải ảnh hưởng đến dòng điện như thế nào? Tốt hơn nên hiểu điều này bằng một ví dụ. Có một bóng đèn từ đèn pin điện tròn, được thiết kế cho điện áp 2,5 V và dòng điện 0,075 A. Có thể cấp nguồn cho bóng đèn này từ pin 3336L, điện áp ban đầu là 4,5 V không?

Có thể dễ dàng tính toán rằng dây tóc được làm nóng của bóng đèn này có điện trở lớn hơn 30 ohm một chút. Nếu bạn cấp nguồn cho nó từ một cục pin 3336L mới thì theo định luật Ohm, một dòng điện sẽ chạy qua dây tóc của bóng đèn, gần gấp đôi dòng điện mà nó được thiết kế. Sợi chỉ sẽ không chịu được tình trạng quá tải như vậy; nó sẽ quá nóng và xẹp xuống. Nhưng bóng đèn này vẫn có thể được cấp nguồn từ pin 336L nếu mắc thêm một điện trở 25 Ohm nối tiếp với mạch điện.

Trong trường hợp này tổng sức đề kháng mạch ngoài sẽ bằng khoảng 55 Ohms, nghĩa là 30 Ohms - điện trở của dây tóc bóng đèn H cộng với 25 Ohms - điện trở của điện trở bổ sung R. Do đó, một dòng điện xấp xỉ 0,08 A sẽ chạy trong mạch , nghĩa là, gần giống như dây tóc bóng đèn được thiết kế.

Bóng đèn này có thể được cấp nguồn từ pin và nhiều hơn nữa điện cao thế và thậm chí từ mạng chiếu sáng điện, nếu bạn chọn một điện trở có điện trở thích hợp. Trong ví dụ này, một điện trở bổ sung sẽ giới hạn dòng điện trong mạch ở giá trị chúng ta cần. Điện trở của nó càng lớn thì dòng điện trong mạch càng nhỏ. TRONG trong trường hợp này Hai điện trở mắc nối tiếp trong mạch: điện trở của dây tóc bóng đèn và điện trở của điện trở. Và khi kết nối nối tiếp dòng điện trở bằng nhau tại mọi điểm của mạch.

Bạn có thể bật ampe kế bất cứ lúc nào và nó sẽ hiển thị cùng một giá trị ở mọi nơi. Hiện tượng này có thể được so sánh với dòng nước chảy trên sông. Lòng sông ở các khu vực khác nhau có thể rộng hoặc hẹp, sâu hoặc nông. Tuy nhiên, trong một khoảng thời gian nhất định, cùng một lượng nước luôn chảy qua bất kỳ mặt cắt nào của lòng sông.

Một điện trở bổ sung mắc nối tiếp với tải có thể được coi là điện trở “dập tắt” một phần điện áp tác dụng trong mạch. Điện áp bị tắt bởi điện trở bổ sung, hoặc, như người ta nói, rơi trên nó, sẽ lớn hơn, điện trở của điện trở này càng lớn. Biết dòng điện và điện trở của điện trở bổ sung, có thể dễ dàng tính toán điện áp rơi trên nó bằng cách sử dụng cùng một công thức quen thuộc U = IR, ở đây:

• U - điện áp rơi, V;
• I – dòng điện trong mạch, A;
• R – điện trở của điện trở bổ sung, Ohm.

Liên quan đến ví dụ, điện trở R (xem hình) đã dập tắt điện áp dư thừa: U = IR = 0,08 × 25 = 2 V. Điện áp còn lại của pin, bằng khoảng 2,5 V, rơi vào dây tóc bóng đèn. Điện trở cần thiết có thể được tìm bằng cách sử dụng một công thức khác quen thuộc với bạn: R = U/I, trong đó:

• R - điện trở cần thiết của điện trở bổ sung, Ohm;
• U - điện áp cần tắt, V;
• I – dòng điện trong mạch A.

Đối với ví dụ đang xem xét, điện trở của điện trở bổ sung là: R = U/I = 2/0,075, 27 Ohm. Bằng cách thay đổi điện trở, bạn có thể giảm hoặc tăng điện áp rơi trên điện trở bổ sung, từ đó điều chỉnh dòng điện trong mạch. Nhưng điện trở R bổ sung trong mạch như vậy có thể thay đổi, nghĩa là điện trở có điện trở có thể thay đổi (xem hình bên dưới).

Trong trường hợp này, bằng cách sử dụng thanh trượt điện trở, bạn có thể thay đổi trơn tru điện áp cung cấp cho tải H, và do đó điều chỉnh trơn tru dòng điện chạy qua tải này. Một điện trở thay đổi được kết nối theo cách này được gọi là biến trở. Biến trở được sử dụng để điều chỉnh dòng điện trong mạch của máy thu, tivi và bộ khuếch đại. Ở nhiều rạp chiếu phim, biến trở được sử dụng để làm mờ ánh sáng trong khán phòng một cách mượt mà. Có một cách khác để kết nối tải với nguồn dòng có điện áp vượt mức - cũng sử dụng biến trở, nhưng được bật bằng một chiết áp, tức là một bộ chia điện áp, như trong hình bên dưới.

Ở đây R1 là một điện trở được nối bằng chiết áp và R2 là tải, có thể là cùng một bóng đèn sợi đốt hoặc một số thiết bị khác. Hiện tượng sụt áp xảy ra trên điện trở R1 của nguồn dòng, điện áp này có thể được cấp một phần hoặc toàn bộ cho tải R2. Khi thanh trượt điện trở ở vị trí thấp nhất thì không có điện áp nào cấp vào tải (nếu là bóng đèn thì sẽ không sáng).

Khi thanh trượt điện trở di chuyển lên trên, chúng ta sẽ đặt ngày càng nhiều điện áp vào tải R2 (nếu là bóng đèn thì dây tóc của nó sẽ phát sáng). Khi thanh trượt của điện trở R1 ở vị trí cao nhất thì toàn bộ điện áp của nguồn dòng sẽ tác dụng lên tải R2 (nếu R2 là bóng đèn pin, điện áp nguồn dòng cao thì dây tóc bóng đèn sẽ cháy. ngoài). Bằng thực nghiệm, bạn có thể tìm ra vị trí của động cơ có điện trở thay đổi mà tại đó điện áp cần thiết sẽ được cung cấp cho tải.

Các điện trở thay đổi được kích hoạt bằng chiết áp được sử dụng rộng rãi để điều khiển âm lượng trong máy thu và bộ khuếch đại. Điện trở có thể được kết nối trực tiếp song song với tải. Trong trường hợp này, dòng điện trong phần mạch này phân nhánh và đi theo hai đường song song: qua điện trở bổ sung và tải chính. Dòng điện tối đa sẽ ở nhánh có ít điện trở nhất.

Tổng dòng điện của cả hai nhánh sẽ bằng dòng điện dùng để cấp nguồn cho mạch ngoài. ĐẾN kết nối song songđược sử dụng trong những trường hợp cần hạn chế dòng điện không phải trong toàn bộ mạch, như khi nối một điện trở bổ sung nối tiếp mà chỉ ở một phần nhất định. Ví dụ, các điện trở bổ sung được kết nối song song với milimet để chúng có thể đo dòng điện lớn. Các điện trở như vậy được gọi là shunt hoặc shunt. Từ shunt có nghĩa là một nhánh.

Định luật Ohm được nhà vật lý người Đức Georg Ohm phát hiện vào năm 1826 và từ đó đã được sử dụng rộng rãi trong lý thuyết và thực hành trong lĩnh vực điện. Nó được thể hiện bằng một công thức nổi tiếng mà bạn có thể thực hiện các phép tính trên hầu hết mọi mạch điện. Tuy nhiên, định luật Ohm đối với dòng điện xoay chiều có những đặc điểm và sự khác biệt riêng so với cách đấu nối với DC, được xác định bởi sự có mặt của các yếu tố phản ứng. Để hiểu bản chất công việc của nó, bạn cần phải xem qua toàn bộ chuỗi, từ đơn giản đến phức tạp, bắt đầu từ một phần riêng biệt của mạch điện.

Định luật Ohm cho đoạn mạch

Định luật Ohm được coi là có tác dụng đối với Các tùy chọn khác nhau mạch điện. Nó được biết đến nhiều nhất bằng công thức I = U/R, áp dụng cho một phần riêng biệt của mạch điện một chiều hoặc xoay chiều.

Nó chứa các định nghĩa như dòng điện (I), được đo bằng ampe, điện áp (U), được đo bằng vôn và điện trở (R), được đo bằng ohm.

Định nghĩa được chấp nhận rộng rãi của công thức này được thể hiện bằng khái niệm nổi tiếng: cường độ dòng điện tỷ lệ thuận với điện áp và tỷ lệ nghịch với điện trở trên một phần cụ thể của mạch. Nếu điện áp tăng thì dòng điện tăng và ngược lại, điện trở tăng sẽ làm giảm dòng điện. Điện trở trên đoạn này không chỉ có thể bao gồm một mà còn có thể bao gồm một số phần tử được kết nối với nhau.

Có thể dễ dàng ghi nhớ công thức định luật Ohm cho dòng điện một chiều bằng cách sử dụng tam giác đặc biệt thể hiện trong hình tổng quát. Nó được chia thành ba phần, mỗi phần chứa một tham số riêng biệt. Gợi ý này giúp bạn có thể nhanh chóng và dễ dàng tìm thấy giá trị mong muốn. Chỉ báo cần thiết được che bằng một ngón tay và các hành động với các chỉ báo còn lại được thực hiện tùy thuộc vào vị trí của chúng so với nhau.

Nếu chúng nằm trên cùng một cấp độ thì chúng cần được nhân lên và nếu chúng ở các cấp độ khác nhau thì tham số trên được chia cho tham số dưới. Phương pháp này sẽ giúp các kỹ sư điện mới vào nghề tránh nhầm lẫn trong tính toán.

Định luật Ohm cho mạch điện hoàn chỉnh

Có những khác biệt nhất định giữa một phần và toàn bộ chuỗi. Một phần hoặc đoạn được coi là một phần của mạch điện chung nằm trong chính nguồn điện áp hoặc dòng điện. Nó bao gồm một hoặc nhiều phần tử được kết nối với nguồn hiện tại theo nhiều cách khác nhau.

Hệ thống dây chuyền hoàn chỉnh là sơ đồ chung, bao gồm một số chuỗi, bao gồm cả pin, các loại khác nhau tải và dây kết nối chúng. Nó cũng hoạt động theo định luật Ohm và được sử dụng rộng rãi trong thực tế, bao gồm cả dòng điện xoay chiều.

Có thể thấy rõ nguyên lý hoạt động của định luật Ohm trong mạch điện một chiều hoàn chỉnh bằng cách thực hiện một thí nghiệm đơn giản. Như hình minh họa, điều này sẽ cần một nguồn dòng điện có điện áp U ở các điện cực của nó, điện trở R không đổi và dây kết nối. Như sức đề kháng bạn có thể thực hiện một chiếc đèn bình thường sợi đốt Một dòng điện sẽ chạy qua dây tóc của nó, được tạo ra bởi các electron chuyển động bên trong dây dẫn kim loại, theo công thức I = U/R.

Hệ thống mạch chung sẽ bao gồm phần bên ngoài, bao gồm điện trở, dây kết nối và các điểm tiếp xúc của pin, và phần bên trong nằm giữa các điện cực của nguồn dòng điện. Dòng điện được hình thành bởi các ion mang điện tích dương và âm cũng sẽ chạy qua phần bên trong. Cực âm và cực dương sẽ bắt đầu tích lũy các điện tích cộng và trừ, sau đó một điện tích sẽ xuất hiện giữa chúng.

Chuyển động hoàn toàn của các ion sẽ bị cản trở bởi điện trở trong r của pin, điều này hạn chế dòng điện đầu ra ra mạch ngoài và giảm công suất của nó đến một giới hạn nhất định. Do đó, dòng điện trong mạch chung đi qua các mạch bên trong và bên ngoài, lần lượt vượt qua tổng điện trở của các đoạn (R+r). Kích thước của dòng điện bị ảnh hưởng bởi khái niệm như lực điện động - EMF tác dụng lên các điện cực, được biểu thị bằng ký hiệu E.

Giá trị EMF có thể được đo tại các cực của pin bằng vôn kế đã tắt mạch ngoài. Sau khi nối tải, trên vôn kế sẽ xuất hiện điện áp U. Như vậy, khi ngắt tải, U = E, khi nối mạch ngoài U.< E.

EMF tạo động lực cho sự chuyển động của các điện tích trong một mạch hoàn chỉnh và xác định cường độ dòng điện I = E/(R+r). Công thức này phản ánh định luật Ohm đối với mạch điện một chiều hoàn chỉnh. Nó thể hiện rõ ràng các dấu hiệu của đường viền bên trong và bên ngoài. Nếu ngắt tải, các hạt tích điện vẫn sẽ di chuyển bên trong pin. Hiện tượng này gọi là dòng điện tự phóng điện, dẫn đến tiêu hao các hạt kim loại ở cực âm một cách không cần thiết.

Dưới tác động của năng lượng bên trong của nguồn điện, điện trở gây ra hiện tượng nóng lên và tiêu tán thêm ra bên ngoài phần tử. Dần dần, việc sạc pin biến mất hoàn toàn không dấu vết.

Định luật Ohm cho mạch điện xoay chiều

Đối với mạch điện xoay chiều, định luật Ohm sẽ khác. Nếu chúng ta lấy công thức I = U/R làm cơ sở, thì ngoài điện trở hoạt động R, các điện trở XL cảm ứng và điện dung XC, được phân loại là phản ứng, sẽ được thêm vào nó. Tương tự mạch điệnđược sử dụng thường xuyên hơn nhiều so với các kết nối chỉ có điện trở hoạt động và cho phép bạn tính toán bất kỳ tùy chọn nào.

Điều này cũng bao gồm tham số ω, là tần số tuần hoàn của mạng. Giá trị của nó được xác định theo công thức ω = 2πf, trong đó f là tần số của mạng này (Hz). Ở dòng điện không đổi, tần số này sẽ bằng 0 và điện dung sẽ có giá trị vô hạn. Trong trường hợp này mạch điện một chiều sẽ bị đứt tức là không có điện kháng.

Mạch điện xoay chiều không khác gì mạch điện một chiều, ngoại trừ nguồn điện áp. Công thức chung vẫn giữ nguyên nhưng khi thêm phần tử phản ứng vào thì nội dung của nó sẽ thay đổi hoàn toàn. Tham số f sẽ không còn bằng 0, biểu thị sự hiện diện của điện kháng. Nó cũng ảnh hưởng đến dòng điện chạy trong mạch và gây ra hiện tượng cộng hưởng. Ký hiệu Z được sử dụng để biểu thị trở kháng vòng lặp.

Giá trị được đánh dấu sẽ không bằng điện trở tác dụng, tức là Z ≠ R. Định luật Ohm đối với dòng điện xoay chiều bây giờ sẽ có dạng công thức I = U/Z. Kiến thức về những đặc điểm này và sử dụng đúng công thức sẽ giúp bạn tránh quyết định sai lầm nhiệm vụ điện và ngăn ngừa sự cố các yếu tố riêng lẻ viền.

Dòng điện xoay chiều. Định luật Ohm.

Dòng điện xoay chiều, AC luân phiên hiện hành- dòng điện xoay chiều) là dòng điện thay đổi có chu kỳ về độ lớn và hướng.

Dòng điện xoay chiều cũng đề cập đến dòng điện trong mạng một pha và ba pha thông thường. Trong trường hợp này, các giá trị tức thời của dòng điện và điện áp thay đổi theo định luật điều hòa.

Trong các thiết bị tiêu thụ DC, dòng điện xoay chiều thường được chuyển đổi bằng bộ chỉnh lưu để tạo ra dòng điện một chiều.

Định luật Ohm đối với dòng điện xoay chiều thường có dạng tương tự như đối với dòng điện một chiều. Nghĩa là, khi điện áp trong mạch tăng thì dòng điện trong mạch cũng sẽ tăng. Sự khác biệt là trong mạch điện xoay chiều, điện trở được cung cấp bởi các phần tử như cuộn cảm và điện dung. Khi tính đến thực tế này, chúng ta hãy viết định luật Ohm cho dòng điện xoay chiều.

Công thức 1 - Định luật Ohm cho dòng điện xoay chiều

z ở đâu trở kháng dây chuyền.

Công thức 2 - trở kháng mạch

Nói chung, trở kháng của mạch điện xoay chiều sẽ bao gồm điện kháng tác dụng và điện cảm. Nói một cách đơn giản, dòng điện trong mạch điện xoay chiều không chỉ phụ thuộc vào điện trở thuần mà còn phụ thuộc vào giá trị của điện dung và độ tự cảm.

Hình 1 - mạch chứa điện trở ohmic và điện dung

Ví dụ, nếu một tụ điện được nối với mạch điện một chiều thì sẽ không có dòng điện trong mạch vì tụ điện một chiều là mạch hở. Nếu điện cảm xuất hiện trong mạch DC thì dòng điện sẽ không thay đổi. Nói đúng ra, nó sẽ thay đổi vì cuộn dây sẽ có điện trở ohm. Nhưng sự thay đổi sẽ không đáng kể. Nếu tụ điện và cuộn dây được mắc trong một mạch điện xoay chiều thì chúng sẽ chống lại dòng điện tỷ lệ với giá trị của điện dung và điện cảm tương ứng. Ngoài ra, sự chuyển pha giữa điện áp và dòng điện sẽ được quan sát thấy trong mạch. Nói chung, dòng điện trong tụ điện dẫn trước điện áp 90 độ. Trong điện cảm, nó trễ 90 độ. Điện dung phụ thuộc vào độ lớn của điện dung và tần số của dòng điện xoay chiều. Sự phụ thuộc này tỉ lệ nghịch, tức là khi tần số và điện dung tăng thì điện trở sẽ giảm.

Công thức 3 - điện dung

Phản ứng cảm ứng tỷ lệ thuận với tần số và độ tự cảm. Độ tự cảm và tần số càng lớn thì điện trở đối với dòng điện xoay chiều mà một cuộn dây nhất định sẽ cung cấp càng lớn.

Dòng điện, giống như bất kỳ quá trình nào, tuân theo các định luật vật lý. Nhà vật lý nổi tiếng người Đức Georg Simon Ohm, người được đặt theo tên của đơn vị đo điện trở, vào năm 1826 đã đưa ra các công thức rút ra từ thực nghiệm liên quan đến dòng điện, điện áp và điện trở. Ban đầu, luật này gây ra sự ngờ vực và chỉ trích trong giới khoa học. Sau đó, tính đúng đắn trong lý luận của ông đã được xác nhận bởi người Pháp Claude Poulier, và các tác phẩm của Ohm đã nhận được sự công nhận xứng đáng.

Định luật Ohm cho mạch điện (hoàn chỉnh)

Trương hợp đặc biệt - Định luật Ohm cho đoạn mạch:

Hãy thêm vào các công thức này năng lượng điện, được giải phóng khi có dòng điện chạy qua:

Kết quả là một loạt các công thức có nguồn gốc toán học. Chúng kết nối tất cả các đại lượng vật lý được liệt kê với nhau.

Vôn	Hiện hành	Sức chống cự	Quyền lực

Sức điện động và điện trở trong

Sức điện động của nguồn điện ápđặc trưng cho khả năng của nó để cung cấp một sự khác biệt tiềm năng không đổi ở các thiết bị đầu cuối. Lực này không có tính chất điện: hóa chất trong pin, cơ học trong máy phát điện.

Vai trò của điện trở trong của nguồn điện là gì và nó là gì? Giả sử bạn đã làm chập mạch dây dẫn ắc quy ô tô dây dẫn đồng có tiết diện nhỏ. TRONG giác quan vật lý bạn đã kết nối điện trở gần bằng 0 với nguồn DC. Nếu chúng ta sử dụng công thức cho một đoạn mạch thì một dòng điện cực lớn sẽ chạy qua pin và dây dẫn. Điều này thực tế không xảy ra nhưng dây sẽ bị cháy.

Bây giờ hãy kết nối pin bằng cùng một dây. Dòng điện sẽ chạy qua nó sẽ ít hơn. Điều này là do điện trở trong của pin cao hơn điện trở trong. Ở điện trở tải thấp, công thức định luật cho mạch hoàn chỉnh trở thành

Kết quả là dòng điện chạy qua pin bị đoản mạch sẽ có giá trị hữu hạn và nguồn điện sẽ dẫn đến làm pin nóng lên. Nếu chúng ta làm chập mạch pin bằng dây dày hơn có thể chịu được dòng điện ngắn mạch, thì nó sẽ làm nóng nguồn từ bên trong một cách đáng chú ý.

E.M.S. nguồn có thể được đo với độ chính xác nhất định bằng vôn kế có trở kháng đầu vào cao. Điện trở trong của nguồn không thể đo trực tiếp mà chỉ tính toán được.

Georg Simon Ohm bắt đầu nghiên cứu của mình lấy cảm hứng từ tác phẩm nổi tiếng của Jean Baptiste Fourier, “Lý thuyết phân tích nhiệt”. Trong tác phẩm này, Fourier biểu diễn dòng nhiệt giữa hai điểm dưới dạng chênh lệch nhiệt độ và liên kết sự thay đổi của dòng nhiệt với việc nó đi qua một chướng ngại vật có hình dạng bất thường làm bằng vật liệu cách nhiệt. Tương tự, Om gây ra sự xuất hiện dòng điện sự khác biệt tiềm năng.

Dựa trên điều này, Om bắt đầu thử nghiệm với Vật liệu khác nhau Nhạc trưởng. Để xác định độ dẫn điện của chúng, ông nối chúng nối tiếp và điều chỉnh độ dài của chúng sao cho dòng điện bằng nhau trong mọi trường hợp.

Điều quan trọng đối với các phép đo như vậy là chọn dây dẫn có cùng đường kính. Ohm, đo độ dẫn điện của bạc và vàng, thu được kết quả mà theo dữ liệu hiện đại là không chính xác. Do đó, dây dẫn bạc Ohm dẫn điện ít hơn vàng. Bản thân Om đã giải thích điều này bằng cách nói rằng dây dẫn bạc của ông đã được phủ một lớp dầu và vì điều này, rõ ràng thí nghiệm đã không cho kết quả chính xác.

Tuy nhiên, đây không phải là vấn đề duy nhất mà các nhà vật lý lúc đó đang tham gia vào các thí nghiệm tương tự với điện gặp phải. Khó khăn lớn trong việc thu được vật liệu nguyên chất không lẫn tạp chất cho thí nghiệm và khó khăn trong việc hiệu chỉnh đường kính dây dẫn đã làm sai lệch kết quả thử nghiệm. Một trở ngại lớn hơn nữa là cường độ dòng điện liên tục thay đổi trong quá trình thử nghiệm vì nguồn dòng có thể thay đổi. nguyên tố hóa học. Trong những điều kiện như vậy, Ohm rút ra sự phụ thuộc logarit của dòng điện vào điện trở của dây.

Một lát sau, nhà vật lý người Đức Poggendorff, người chuyên về điện hóa, đề nghị Ohm thay thế các nguyên tố hóa học bằng cặp nhiệt điện làm từ bismuth và đồng. Om lại bắt đầu thí nghiệm của mình. Lần này anh sử dụng một thiết bị nhiệt điện chạy bằng hiệu ứng Seebeck làm pin. Với nó, ông nối thành dãy 8 dây dẫn đồng có cùng đường kính nhưng có độ dài khác nhau. Để đo dòng điện, Ohm treo một kim từ tính lên trên dây dẫn bằng một sợi kim loại. Dòng điện chạy song song với mũi tên này đã dịch chuyển nó sang một bên. Khi điều này xảy ra, nhà vật lý xoắn sợi chỉ cho đến khi mũi tên quay trở lại vị trí cũ. vị trí ban đầu. Dựa vào góc xoắn của sợi dây, người ta có thể đánh giá giá trị của dòng điện.

Là kết quả của một thí nghiệm mới, Ohm đã đạt được công thức:

X = a / b + l

Đây X– cường độ từ trường Dây điện, tôi- chiều dài dây, Một – không thay đổiđiện áp nguồn, b – hằng số điện trở phần tử còn lại của chuỗi.

Nếu bạn chuyển sang thuật ngữ hiện đạiđể mô tả công thức này, chúng ta hiểu rằng X- cường độ hiện tại, MỘT – nguồn EMF, b+l- tổng điện trở mạch.

Định luật Ohm cho đoạn mạch

Định luật Ohm đối với một phần riêng biệt của mạch nêu rõ: cường độ dòng điện trong một phần của mạch tăng khi điện áp tăng và giảm khi điện trở của phần này tăng.

Tôi=U/R

Dựa vào công thức này, chúng ta có thể quyết định rằng điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào hiệu điện thế. Từ quan điểm toán học, điều này đúng, nhưng từ quan điểm vật lý, nó sai. Công thức này chỉ áp dụng để tính điện trở tại khu vực riêng biệt dây chuyền.

Như vậy, công thức tính điện trở dây dẫn sẽ có dạng:

R = p ⋅ l / s

Định luật Ohm cho mạch điện hoàn chỉnh

Sự khác biệt giữa định luật Ohm đối với một mạch điện hoàn chỉnh và định luật Ohm đối với một phần mạch điện là ở chỗ bây giờ chúng ta phải tính đến hai loại điện trở. Đây là “R” điện trở của tất cả các thành phần hệ thống và “r” điện trở trong của nguồn lực điện động. Do đó công thức có dạng:

Tôi = U / R + r

Định luật Ohm cho dòng điện xoay chiều

Dòng điện xoay chiều khác với dòng điện một chiều ở chỗ nó thay đổi trong khoảng thời gian nhất định. Cụ thể, nó thay đổi ý nghĩa và hướng của nó. Để áp dụng định luật Ohm ở đây, bạn cần lưu ý rằng điện trở trong mạch có dòng điện một chiều có thể khác với điện trở trong mạch có dòng điện xoay chiều. Và nó sẽ khác nếu các thành phần có điện kháng được sử dụng trong mạch. Điện kháng có thể là điện cảm (cuộn dây, máy biến áp, cuộn cảm) hoặc điện dung (tụ điện).

Chúng ta hãy cố gắng tìm ra những gì sự khác biệt thực sự giữa điện trở phản kháng và điện trở tác dụng trong mạch điện xoay chiều. Bạn hẳn đã hiểu rằng giá trị của điện áp và dòng điện trong mạch như vậy thay đổi theo thời gian và nói một cách đại khái là có dạng sóng.

Nếu chúng ta vẽ sơ đồ hai giá trị này thay đổi như thế nào theo thời gian, chúng ta sẽ có được một sóng hình sin. Cả điện áp và dòng điện đều tăng từ 0 đến gia trị lơn nhât, sau đó giảm dần, đi qua giá trị 0 và đạt giá trị âm tối đa. Sau đó, chúng lại tăng từ 0 đến giá trị tối đa, v.v. Khi dòng điện hoặc điện áp được cho là âm, điều đó có nghĩa là nó chuyển động theo hướng ngược lại.

Toàn bộ quá trình xảy ra với một tần số nhất định. Điểm mà giá trị điện áp hoặc dòng điện từ giá trị tối thiểu tăng đến giá trị cực đại và đi qua 0 được gọi là pha.

Thực chất đây chỉ là lời mở đầu. Hãy quay trở lại kháng cự phản ứng và kháng cự chủ động. Sự khác biệt là trong mạch có điện trở hoạt động, pha dòng điện trùng với pha điện áp. Nghĩa là, cả giá trị hiện tại và giá trị điện áp đều đạt cực đại theo một hướng cùng một lúc. Trong trường hợp này, công thức tính điện áp, điện trở hoặc dòng điện của chúng tôi không thay đổi.

Nếu mạch có điện kháng thì pha của dòng điện và điện áp lệch nhau ¼ chu kỳ. Điều này có nghĩa là khi dòng điện đạt giá trị cực đại thì điện áp sẽ bằng 0 và ngược lại. Khi nào nên sử dụng phản ứng cảm ứng, pha điện áp “vượt qua” pha hiện tại. Khi đặt điện dung vào, pha hiện tại sẽ "vượt qua" pha điện áp.

Công thức tính điện áp rơi trên điện kháng:

U = I ⋅ ωL

Ở đâu L là độ tự cảm của phản ứng và ω – tần số góc (đạo hàm theo thời gian của pha dao động).

Công thức tính điện áp rơi trên điện dung:

U = I / ω ⋅ C

VỚI- điện dung phản kháng.

Hai công thức này là trường hợp đặc biệt của định luật Ohm đối với mạch biến thiên.

Cái hoàn chỉnh sẽ trông như thế này:

Tôi=U/Z

Đây Z- tổng sức đề kháng mạch biến thiênđược gọi là trở kháng.

Phạm vi ứng dụng

Định luật Ohm không phải là định luật cơ bản trong vật lý, nó chỉ là sự phụ thuộc thuận tiện của một số giá trị vào các giá trị khác, phù hợp trong hầu hết mọi tình huống thực tế. Vì vậy, sẽ dễ dàng hơn khi liệt kê các tình huống mà luật pháp có thể không có tác dụng:

• Nếu có quán tính của các hạt mang điện, ví dụ như trong một số điện trường tần số cao;
• Trong chất siêu dẫn;
• Nếu dây nóng lên đến mức đặc tính dòng điện-điện áp không còn tuyến tính. Ví dụ, trong đèn sợi đốt;
• Trong các ống vô tuyến chân không và khí;
• Trong điốt và bóng bán dẫn.