กฎของโอห์มสำหรับวงจรที่สมบูรณ์

ในวิศวกรรมไฟฟ้ามีเงื่อนไข: ส่วนและวงจรเต็ม

ไซต์นี้เรียกว่า:

• ส่วนหนึ่งของวงจรไฟฟ้าภายในแหล่งกระแสหรือแรงดัน

• วงจรภายนอกหรือภายในทั้งหมดขององค์ประกอบไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดหรือบางส่วน

คำว่า «วงจรสมบูรณ์» ใช้เพื่ออ้างถึงวงจรที่มีการประกอบวงจรทั้งหมด รวมถึง:

• แหล่งที่มา;

• ผู้ใช้;

• สายเชื่อมต่อ

คำจำกัดความดังกล่าวช่วยให้นำทางวงจรได้ดีขึ้น เข้าใจลักษณะเฉพาะของวงจร วิเคราะห์งาน ค้นหาความเสียหายและความผิดปกติ กฎเหล่านี้ฝังอยู่ในกฎของโอห์ม ซึ่งช่วยให้คุณแก้ปัญหาเดียวกันเพื่อปรับกระบวนการทางไฟฟ้าให้เหมาะกับความต้องการของมนุษย์

การวิจัยพื้นฐานของ Georg Simon Ohm ใช้ได้กับแทบทุกอย่าง ส่วนของวงจร หรือแผนผังแบบเต็ม

กฎของโอห์มทำงานอย่างไรสำหรับวงจรไฟฟ้ากระแสตรงที่สมบูรณ์

ตัวอย่างเช่น ให้เรานำเซลล์กัลวานิกซึ่งนิยมเรียกว่าแบตเตอรี่ โดยมีความต่างศักย์ U ระหว่างแอโนดและแคโทด เราเชื่อมต่อหลอดไฟกับไส้หลอดเข้ากับขั้วซึ่งมีตัวต้านทานแบบธรรมดา R

กระแส I = U / R ที่สร้างขึ้นโดยการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในโลหะจะไหลผ่านไส้หลอด วงจรที่เกิดจากสายแบตเตอรี่ สายเชื่อมต่อ และหลอดไฟหมายถึงส่วนภายนอกของวงจร

กระแสไฟฟ้าจะไหลในส่วนภายในระหว่างขั้วไฟฟ้าของแบตเตอรี่ด้วย พาหะของมันจะเป็นไอออนที่มีประจุบวกและประจุลบ อิเลคตรอนจะถูกดึงดูดไปที่แคโทดและไอออนบวกจะถูกผลักออกจากแอโนด

ด้วยวิธีนี้ ประจุบวกและลบจะสะสมอยู่ที่แคโทดและแอโนด และสร้างความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างกัน

การเคลื่อนไหวที่สมบูรณ์ของไอออนในอิเล็กโทรไลต์ถูกขัดขวาง ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ทำเครื่องหมายด้วย «r» จำกัดเอาต์พุตปัจจุบันไปยังวงจรภายนอกและลดกำลังไฟให้เหลือค่าหนึ่ง

ในวงจรที่สมบูรณ์ของวงจร กระแสจะไหลผ่านวงจรด้านในและด้านนอก เอาชนะความต้านทานรวม R + r ของทั้งสองส่วนในอนุกรม ค่าของมันได้รับอิทธิพลจากแรงที่กระทำต่ออิเล็กโทรด ซึ่งเรียกสั้นๆ ว่าอิเล็กโตรโมทีฟหรือ EMF และแสดงด้วยดัชนี «E»

สามารถวัดค่าได้ด้วยโวลต์มิเตอร์ที่ขั้วของแบตเตอรี่โดยไม่มีโหลด (ไม่มีวงจรภายนอก) เมื่อโหลดต่ออยู่ในที่เดียวกัน โวลต์มิเตอร์จะแสดงแรงดันไฟฟ้า U กล่าวอีกนัยหนึ่ง: เมื่อไม่มีโหลดที่ขั้วแบตเตอรี่ U และ E จะจับคู่กันในขนาด และเมื่อกระแสไหลผ่านวงจรภายนอก U < E

แรง E สร้างการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าในวงจรที่สมบูรณ์และกำหนดค่าของมัน I = E / (R + r)

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์นี้กำหนดกฎของโอห์มสำหรับวงจรไฟฟ้ากระแสตรงที่สมบูรณ์ การดำเนินการจะแสดงรายละเอียดเพิ่มเติมทางด้านขวาของภาพแสดงว่าวงจรที่สมบูรณ์ทั้งหมดประกอบด้วยวงจรไฟฟ้าสองวงจรแยกกัน

นอกจากนี้ยังสามารถเห็นได้ว่าภายในแบตเตอรี่ แม้ในขณะที่ปิดโหลดวงจรภายนอก อนุภาคที่มีประจุจะเคลื่อนที่ (กระแสปล่อยตัวเอง) และดังนั้นจึงมีการบริโภคโลหะโดยไม่จำเป็นที่แคโทด พลังงานแบตเตอรี่เนื่องจากความต้านทานภายใน ถูกใช้เพื่อให้ความร้อนและกระจายสู่สิ่งแวดล้อม และเมื่อเวลาผ่านไปมันก็จะหายไป

การปฏิบัติแสดงให้เห็นว่าการลดความต้านทานภายใน r โดยวิธีการเชิงสร้างสรรค์นั้นไม่สมเหตุสมผลทางเศรษฐกิจเนื่องจากต้นทุนของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและการปลดปล่อยตัวเองค่อนข้างสูง

ข้อสรุป

เพื่อรักษาประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ ควรใช้แบตเตอรี่ตามวัตถุประสงค์ที่ตั้งใจไว้เท่านั้น โดยต่อวงจรภายนอกเฉพาะในช่วงระยะเวลาการทำงาน

ยิ่งความต้านทานของโหลดที่เชื่อมต่อสูงเท่าไร อายุการใช้งานแบตเตอรี่ก็จะยิ่งนานขึ้นเท่านั้น ดังนั้นหลอดไฟซีนอนที่มีไส้หลอดที่มีการใช้กระแสไฟต่ำกว่าหลอดไฟที่เติมไนโตรเจนซึ่งมีฟลักซ์การส่องสว่างเท่ากันจึงช่วยให้แหล่งพลังงานมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น

เมื่อจัดเก็บองค์ประกอบไฟฟ้า ทางเดินของกระแสระหว่างหน้าสัมผัสของวงจรภายนอกจะต้องถูกแยกออกโดยการแยกที่เชื่อถือได้

ในกรณีที่ความต้านทานวงจรภายนอก R ของแบตเตอรี่สูงเกินค่าภายใน r อย่างมาก จะถือว่าเป็นแหล่งจ่ายแรงดัน และเมื่อความสัมพันธ์กลับกันเกิดขึ้น ก็จะเป็นแหล่งจ่ายกระแส

กฎของโอห์มใช้สำหรับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่สมบูรณ์อย่างไร

ระบบไฟฟ้ากระแสสลับเป็นส่วนใหญ่ในอุตสาหกรรมไฟฟ้าในอุตสาหกรรมนี้ มีความยาวมหาศาลด้วยการขนส่งไฟฟ้าผ่านสายไฟ

เมื่อความยาวของสายส่งเพิ่มขึ้น ความต้านทานไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น ซึ่งสร้างความร้อนให้กับสายไฟและเพิ่มการสูญเสียพลังงานในการส่ง

ความรู้เกี่ยวกับกฎของโอห์มช่วยให้วิศวกรไฟฟ้าสามารถลดต้นทุนที่ไม่จำเป็นในการขนส่งไฟฟ้า ในการทำเช่นนี้พวกเขาใช้การคำนวณส่วนประกอบของการสูญเสียพลังงานในสายไฟ

การคำนวณขึ้นอยู่กับค่าของพลังงานที่ใช้งานที่ผลิตได้ P = E ∙ I ซึ่งจะต้องถ่ายโอนเชิงคุณภาพไปยังผู้บริโภคระยะไกลและเอาชนะความต้านทานทั้งหมด:

• ภายใน r ที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้า

• R ด้านนอกของสายไฟ

ขนาดของ EMF ที่ขั้วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากำหนดเป็น E = I ∙ (r + R)

การสูญเสียพลังงาน Pp เพื่อเอาชนะความต้านทานของวงจรทั้งหมดจะแสดงตามสูตรที่แสดงในภาพ

จะเห็นได้ว่าการใช้พลังงานเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของความยาว / ความต้านทานของสายไฟและสามารถลดได้ในระหว่างการขนส่งพลังงานโดยการเพิ่ม EMF ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้าของสาย วิธีนี้ใช้โดยรวมหม้อแปลงแบบขั้นบันไดในวงจรที่ปลายเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของสายไฟและหม้อแปลงแบบขั้นบันไดที่จุดรับของสถานีย่อยไฟฟ้า

อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้มีข้อจำกัด:

• ความซับซ้อนของอุปกรณ์ทางเทคนิคเพื่อต่อต้านการเกิดหลอดเลือดหัวใจตีบตัน

• ความจำเป็นในการแยกและแยกสายไฟออกจากพื้นผิวโลก

• เพิ่มพลังงานของการแผ่รังสีของเส้นอากาศในอวกาศ (ลักษณะของเอฟเฟกต์เสาอากาศ)

ลักษณะการทำงานของกฎของโอห์มในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับแบบไซน์

ผู้ใช้สมัยใหม่ที่ใช้ไฟฟ้าแรงสูงในอุตสาหกรรมและพลังงานไฟฟ้าสามเฟส / เฟสเดียวในประเทศไม่เพียงสร้างโหลดแบบแอกทีฟเท่านั้น แต่ยังสร้างโหลดแบบรีแอกทีฟที่มีลักษณะอุปนัยหรือคาปาซิทีฟที่เด่นชัดอีกด้วย พวกเขานำไปสู่การเปลี่ยนเฟสระหว่างเวกเตอร์ของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับกระแสที่ไหลในวงจร

ในกรณีนี้ สำหรับสัญกรณ์ทางคณิตศาสตร์ของความผันผวนของเวลาของฮาร์มอนิก ให้ใช้ รูปแบบที่ซับซ้อนและกราฟิกแบบเวกเตอร์ใช้สำหรับการแสดงเชิงพื้นที่ กระแสที่ส่งผ่านสายไฟบันทึกโดยสูตร: I = U / Z

สัญกรณ์ทางคณิตศาสตร์ขององค์ประกอบหลักของกฎของโอห์มด้วยจำนวนเชิงซ้อนช่วยให้สามารถตั้งโปรแกรมอัลกอริทึมของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในการควบคุมและจัดการกระบวนการทางเทคโนโลยีที่ซับซ้อนที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในระบบไฟฟ้า

นอกจากจำนวนเชิงซ้อนแล้ว ยังใช้รูปแบบดิฟเฟอเรนเชียลในการเขียนอัตราส่วนทั้งหมด สะดวกสำหรับการวิเคราะห์คุณสมบัติการนำไฟฟ้าของวัสดุ

ปัจจัยทางเทคนิคบางอย่างอาจละเมิดกฎของโอห์มสำหรับวงจรที่สมบูรณ์ พวกเขารวมถึง:

• ความถี่การสั่นสะเทือนสูงเมื่อโมเมนตัมของตัวพาประจุเริ่มมีอิทธิพล พวกเขาไม่มีเวลาเคลื่อนไหวตามการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

• สถานะของตัวนำยิ่งยวดของสารบางประเภทที่อุณหภูมิต่ำ

• เพิ่มความร้อนของสายไฟในปัจจุบันด้วยกระแสไฟฟ้า เมื่อคุณลักษณะของแรงดันปัจจุบันสูญเสียลักษณะเชิงเส้น

• การทำลายชั้นฉนวนโดยการปล่อยไฟฟ้าแรงสูง

• ตัวกลางที่เป็นแก๊สหรือหลอดอิเล็กตรอนสุญญากาศ

• อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์และองค์ประกอบต่างๆ