Định luật Ôm cho một chuỗi hoàn chỉnh và cho một phần của chuỗi: tùy chọn công thức, mô tả và giải thích

Đối với mạch kín

Mạch kín có nghĩa là một kết nối điện kín mà dòng điện chạy qua. Khi có một dãy dây nối tiếp với nhau và hoàn thành đoạn mạch sao cho tôi chạy từ đầu này sang đầu kia của vòng tròn thì đó sẽ là một mạch điện kín.

EMF (E) - được ký hiệu và đo bằng vôn và dùng để chỉ điện áp được tạo ra bởi pin hoặc lực từ theo định luật Faraday, quy luật này nói rằng từ trường biến thiên theo thời gian sẽ tạo ra dòng điện.

Khi đó: E = IR + Ir

E \ u003d I (R + r)

I \ u003d E / (R + r)

Trong đó: r là điện trở của nguồn dòng.

Biểu thức này được gọi là định luật Ôm về mạch vòng kín.

Chuỗi không đồng nhất

Phần riêng biệt và mạch điện hoàn chỉnh

Định luật Ôm, khi áp dụng cho một phần hoặc toàn bộ mạch, có thể được xem xét theo hai phương án tính toán:

• Phần ngắn riêng biệt. Nó là một phần của mạch không có nguồn EMF.
• Một chuỗi hoàn chỉnh bao gồm một hoặc nhiều phần. Điều này cũng bao gồm một nguồn EMF với nội trở riêng của nó.

Tính toán tiết diện của mạch điện

Trong trường hợp này, công thức cơ bản I \ u003d U / R được áp dụng, trong đó I là cường độ dòng điện, U là điện áp, R là điện trở. Theo đó, người ta có thể hình thành cách giải thích được chấp nhận chung của định luật Ohm:

Công thức này là cơ sở cho nhiều công thức khác được trình bày về cái gọi là "hoa cúc" trong thiết kế đồ họa. Trong khu vực P - công suất được xác định, trong các khu vực I, U và R - các hành động liên quan đến cường độ dòng điện, điện áp và điện trở được thực hiện.

Mỗi biểu thức - cả cơ bản và bổ sung, cho phép bạn tính toán các thông số chính xác của các phần tử được dự định sử dụng trong mạch.

Các chuyên gia làm việc với mạch điện thực hiện xác định nhanh bất kỳ thông số nào bằng phương pháp tam giác được thể hiện trong hình.

Các tính toán phải tính đến điện trở của các dây dẫn kết nối các phần tử của mặt cắt. Vì chúng được làm từ các vật liệu khác nhau nên thông số này sẽ khác nhau trong từng trường hợp.Nếu nó là cần thiết để tạo thành một mạch hoàn chỉnh, thì công thức chính được bổ sung với các thông số của nguồn điện áp, ví dụ, pin.

Tùy chọn tính toán cho một chuỗi hoàn chỉnh

Một mạch hoàn chỉnh bao gồm các phần riêng lẻ, được kết hợp thành một tổng thể duy nhất cùng với nguồn điện áp (EMF). Do đó, điện trở hiện có của các phần được bổ sung bởi điện trở nội bộ của nguồn được kết nối. Do đó, cách giải thích chính được thảo luận trước đó sẽ đọc như sau: I = U / (R + r). Ở đây, chỉ báo điện trở (r) của nguồn EMF đã được thêm vào.

Theo quan điểm của vật lý thuần túy, chỉ số này được coi là một giá trị rất nhỏ. Tuy nhiên, trong thực tế, khi tính toán các mạch điện và mạch điện phức tạp, các chuyên gia buộc phải tính đến nó, vì điện trở bổ sung ảnh hưởng đến độ chính xác của công việc. Ngoài ra, cấu trúc của mỗi nguồn rất không đồng nhất, do đó, điện trở trong một số trường hợp có thể được thể hiện bằng tỷ lệ khá cao.

Các tính toán trên được thực hiện liên quan đến mạch DC. Các thao tác và tính toán với dòng điện xoay chiều được thực hiện theo một sơ đồ khác.

Ảnh hưởng của luật đối với một biến

Với dòng điện xoay chiều, dung kháng của mạch sẽ được gọi là tổng trở, bao gồm điện trở hoạt động và điện trở phản kháng tải. Điều này là do sự hiện diện của các phần tử có đặc tính cảm ứng và giá trị dòng điện hình sin. Điện áp cũng là một biến số, hoạt động theo luật chuyển mạch của riêng nó.

Do đó, định luật Ohm thiết kế mạch xoay chiều được tính toán có tính đến các ảnh hưởng cụ thể: dẫn hoặc trễ cường độ dòng điện khỏi điện áp, cũng như sự hiện diện của công suất hoạt động và phản kháng.Đổi lại, điện kháng bao gồm các thành phần cảm ứng hoặc điện dung.

Tất cả những hiện tượng này sẽ tương ứng với công thức Z \ u003d U / I hoặc Z \ u003d R + J * (XL - XC), trong đó Z là trở kháng; R - tải trọng hoạt động; XL, XC - tải cảm và tải điện dung; J là hệ số hiệu chỉnh.

Nguồn EMF trong một mạch hoàn chỉnh

Để xuất hiện dòng điện trong một mạch điện kín, mạch điện này phải chứa ít nhất một phần tử đặc biệt, trong đó công việc chuyển các điện tích giữa các cực của nó sẽ diễn ra. Các lực mang điện tích bên trong phần tử này chống lại điện trường, có nghĩa là bản chất của chúng phải khác với điện. Do đó, những lực lượng như vậy được gọi là bên thứ ba.

Cơm. 1. Ngoại lực trong vật lý.

Một phần tử của mạch điện trong đó ngoại lực có tác dụng truyền các điện tích chống lại tác dụng của điện trường được gọi là nguồn điện. Đặc điểm chính của nó là độ lớn của ngoại lực. Để mô tả đặc điểm của nó, một biện pháp đặc biệt được đưa ra - Lực điện động (EMF), nó được ký hiệu bằng chữ cái $ \ mathscr {E} $.

Giá trị EMF của nguồn dòng điện bằng tỉ số giữa lực bên ngoài truyền điện tích với giá trị của điện tích này:

$$ \ mathscr {E} = {A_ {st} \ over q} $$

Vì ý nghĩa của EMF rất gần với ý nghĩa của điện áp (nhớ lại, điện áp là tỷ số giữa công được thực hiện bởi điện trường mang điện tích với giá trị của điện tích này), nên EMF, giống như điện áp, được đo bằng Vôn:

$$ 1B = {J \ overCl} $$

Đặc tính điện quan trọng thứ hai của nguồn dòng điện thực là điện trở bên trong của nó.Khi các điện tích được chuyển giữa các cực, chúng tương tác với chất của nguồn EMF, và do đó, nguồn cho dòng điện cũng xuất hiện một số điện trở. Điện trở bên trong, giống như điện trở thông thường, được đo bằng ohms, nhưng được ký hiệu bằng chữ cái Latinh nhỏ $ r $.

Cơm. 2. Ví dụ về các nguồn hiện tại.

R - điện trở

Điện trở là nghịch đảo của điện áp và có thể được so sánh với tác dụng của chuyển động của cơ thể đối với chuyển động trong nước chảy. Đơn vị của R là Om, được ký hiệu bằng chữ cái Hy Lạp viết hoa Omega.

Nghịch đảo của điện trở (1 / R) được gọi là độ dẫn điện, đo lường khả năng dẫn điện của một vật thể, được biểu thị bằng đơn vị Siemens.

Đại lượng độc lập về mặt hình học được sử dụng được gọi là điện trở suất và thường được ký hiệu bằng ký hiệu Hy Lạp r.

Thông tin thêm. Định luật Ôm giúp thiết lập ba chỉ số quan trọng về hoạt động của mạng điện, giúp đơn giản hóa việc tính toán công suất. Nó không thể áp dụng cho các mạng một phía với các phần tử như diode, bóng bán dẫn và những thứ tương tự. Và nó cũng không thể áp dụng cho các phần tử phi tuyến tính, trong đó các thyristor là ví dụ, vì giá trị điện trở của các phần tử này thay đổi theo điện áp và dòng điện cho trước khác nhau.

Ở tần số cao hơn, hành vi phân tán trở nên thống trị. Điều tương tự cũng xảy ra với các đường dây điện rất dài. Ngay cả ở tần số thấp tới 60 Hz, một đường truyền rất dài, chẳng hạn như 30 km, có tính chất phân tán.Nguyên nhân chính là do tín hiệu điện hiệu dụng lan truyền trong mạch là sóng điện từ, không phải vôn và ampe, bị nhiễm sóng điện từ. Các dây dẫn chỉ đơn giản là đóng vai trò dẫn đường cho các sóng. Vì vậy, ví dụ, một cáp đồng trục sẽ hiển thị Z = 75 ohms, ngay cả khi điện trở DC của nó là không đáng kể.

Định luật Ohm là định luật cơ bản của kỹ thuật điện. Nó có một số lượng lớn các ứng dụng thực tế trong tất cả các mạch điện và linh kiện điện tử.

Các ví dụ phổ biến nhất về việc áp dụng định luật Ôm:

1. Nguồn điện cung cấp cho lò sưởi điện. Với điện trở của cuộn dây nóng và hiệu điện thế đặt vào, có thể tính được công suất cung cấp cho lò sưởi đó.
2. Lựa chọn cầu chì. Chúng là các thành phần bảo vệ được mắc nối tiếp với các thiết bị điện tử. Cầu chì / CB được đánh giá bằng ampe. Đánh giá cầu chì hiện tại được tính bằng định luật Ohm.
3. Thiết kế của các thiết bị điện tử. Các thiết bị điện tử như máy tính xách tay và điện thoại di động yêu cầu nguồn điện một chiều có dòng điện cụ thể. Pin điện thoại di động điển hình yêu cầu 0,7-1A. Một điện trở được sử dụng để điều khiển tốc độ dòng điện chạy qua các thành phần này. Định luật Ohm được sử dụng để tính dòng điện định mức trong một mạch điển hình.

Đã có lúc, kết luận của Ohm trở thành chất xúc tác cho những nghiên cứu mới trong lĩnh vực điện, và ngày nay chúng vẫn không mất đi ý nghĩa, vì kỹ thuật điện hiện đại dựa trên chúng. Năm 1841, Om được trao tặng huân chương cao quý nhất của Hiệp hội Hoàng gia, Huân chương Copley, và thuật ngữ "Om" được công nhận là một đơn vị kháng chiến sớm nhất vào năm 1872.

Phần không đồng nhất của mạch DC

Một cấu trúc không đồng nhất có một phần của mạch như vậy, trong đó, ngoài các vật dẫn và phần tử, còn có một nguồn dòng điện. EMF của nó phải được tính đến khi tính tổng cường độ dòng điện trong khu vực này.

Có một công thức xác định các thông số và quy trình chính của một địa điểm không đồng nhất: q = q0 x n x V. Các chỉ số của nó được đặc trưng như sau:

• Trong quá trình chuyển động các điện tích (q), chúng thu được một khối lượng riêng nhất định. Hiệu suất của nó phụ thuộc vào cường độ dòng điện và diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn \ u200b \ u200b (S).
• Trong điều kiện của một nồng độ nhất định (n), có thể chỉ ra chính xác số lượng điện tích đơn vị (q0) đã được di chuyển trong một khoảng thời gian.
• Đối với tính toán, dây dẫn có điều kiện được coi là một tiết diện hình trụ với một số thể tích (V).

Khi kết nối dây dẫn với pin, sau một thời gian sẽ phóng điện. Đó là, chuyển động của các electron dần dần chậm lại và cuối cùng, dừng lại hoàn toàn. Điều này được tạo điều kiện thuận lợi bởi mạng tinh thể phân tử của vật dẫn, chống lại sự va chạm của các electron với nhau và các yếu tố khác. Để vượt qua sự kháng cự đó, các lực lượng bên thứ ba nhất định phải được áp dụng thêm.

Trong quá trình tính toán, các lực này được thêm vào các lực Coulomb. Ngoài ra, để chuyển một điện tích q từ điểm thứ nhất sang điểm thứ 2, cần thực hiện công A1-2 hoặc đơn giản là A12. Với mục đích này, một sự khác biệt tiềm ẩn (ϕ1 - ϕ2) được tạo ra. Dưới tác dụng của nguồn điện một chiều, một EMF sinh ra, làm dịch chuyển các điện tích dọc theo mạch. Độ lớn của tổng ứng suất sẽ bao gồm tất cả các lực đã nêu ở trên.

Cực tính của kết nối với nguồn DC phải được tính đến trong các tính toán. Khi các thiết bị đầu cuối được thay đổi, EMF cũng sẽ thay đổi, tăng tốc hoặc làm chậm sự chuyển động của các điện tích.

Kết nối nối tiếp và song song của các phần tử

Đối với các phần tử của mạch điện (tiết diện của mạch), mômen đặc trưng là một mắc nối tiếp hoặc song song.

Theo đó, mỗi loại kết nối đi kèm với một bản chất khác nhau của dòng điện và cung cấp điện áp. Trên tài khoản này, định luật Ohm cũng được áp dụng theo những cách khác nhau, tùy thuộc vào tùy chọn bao gồm các phần tử.

Một chuỗi các phần tử điện trở nối tiếp với nhau

Đối với kết nối nối tiếp (phần của mạch có hai thành phần), từ ngữ được sử dụng:

• I = tôi₁ = Tôi₂ ;
• U = U₁ + U₂ ;
• R = R₁ + R₂

Công thức này chứng minh rõ ràng rằng, không phụ thuộc vào số lượng linh kiện điện trở mắc nối tiếp, cường độ dòng điện chạy trong một đoạn mạch không thay đổi giá trị.

Mắc nối tiếp các phần tử điện trở trong đoạn mạch với nhau. Tùy chọn này có luật tính toán riêng. Trong sơ đồ: I, I1, I2 - dòng điện; R1, R2 - các phần tử điện trở; U, U1, U2 - điện áp đặt vào

Lượng điện áp đặt vào các thành phần điện trở hoạt động của mạch là tổng và cộng với giá trị của nguồn EMF.

Trong trường hợp này, điện áp trên mỗi thành phần riêng lẻ là: Ux = I * Rx.

Tổng trở nên được coi là tổng các giá trị của tất cả các thành phần điện trở của mạch.

Một chuỗi các phần tử điện trở được kết nối song song

Trong trường hợp có sự kết nối song song của các thành phần điện trở, công thức được coi là công bằng theo định luật Ohm của nhà vật lý người Đức:

• I = tôi₁ + Tôi₂ … ;
• U = U₁ = U₂ … ;
• 1 / R = 1 / R₁ + 1 / R₂ + …

Các tùy chọn để biên dịch các phần mạch thuộc loại “hỗn hợp” không bị loại trừ khi sử dụng các kết nối song song và nối tiếp.

Sự kết nối của các phần tử điện trở trong một đoạn mạch song song với nhau. Đối với phương án này, luật tính toán riêng của nó được áp dụng. Trong sơ đồ: I, I1, I2 - dòng điện; R1, R2 - các phần tử điện trở; U - điện áp đặt vào; A, B - điểm vào / ra

Đối với các tùy chọn như vậy, việc tính toán thường được thực hiện bằng phép tính ban đầu về định mức điện trở của kết nối song song. Sau đó, giá trị của điện trở mắc nối tiếp được cộng vào kết quả.

Các dạng tích phân và vi phân của luật

Tất cả các điểm trên với các tính toán có thể áp dụng cho các điều kiện khi dây dẫn có cấu trúc “đồng nhất”, có thể nói, được sử dụng như một phần của mạch điện.

Trong khi đó, trong thực tế, người ta thường phải xử lý việc xây dựng một giản đồ, trong đó cấu trúc của các dây dẫn thay đổi trong các khu vực khác nhau. Ví dụ, dây có tiết diện lớn hơn được sử dụng hoặc ngược lại, dây nhỏ hơn, được làm trên cơ sở các vật liệu khác nhau.

Để tính đến những khác biệt như vậy, có một biến thể của cái gọi là "định luật Ohm vi phân-tích phân". Đối với một dây dẫn nhỏ vô hạn, mức mật độ dòng điện được tính toán tùy thuộc vào cường độ và giá trị độ dẫn điện.

Theo phép tính vi phân, công thức được lấy: J = ό * E

Đối với phép tính tích phân, tương ứng, công thức: I * R = φ1 - φ2 + έ

Tuy nhiên, những ví dụ này khá gần với trường phái toán học cao hơn và không thực sự được sử dụng trong thực tế thực tế của một thợ điện đơn giản.

Hiểu dòng điện và điện trở

Hãy bắt đầu với khái niệm về dòng điện.Tóm lại, dòng điện trong mối quan hệ với kim loại là sự chuyển động có hướng của các electron - các hạt mang điện âm. Chúng thường được biểu diễn dưới dạng các vòng tròn nhỏ. Ở trạng thái bình tĩnh, chúng di chuyển hỗn loạn, liên tục đổi hướng. Trong những điều kiện nhất định - sự xuất hiện của một sự khác biệt tiềm năng - những hạt này bắt đầu một chuyển động nhất định theo một số hướng. Chuyển động này là dòng điện.

Để làm rõ hơn, chúng ta có thể so sánh các electron với nước bị tràn trên một mặt phẳng nào đó. Miễn là máy bay đứng yên, nước không chuyển động. Nhưng, ngay sau khi một con dốc xuất hiện (một sự khác biệt tiềm ẩn xuất hiện), nước bắt đầu di chuyển. Đối với các electron cũng vậy.

Đây là cách một dòng điện có thể được hình dung

Bây giờ chúng ta cần hiểu điện trở là gì và tại sao chúng có phản hồi với cường độ dòng điện: điện trở càng cao, dòng điện càng giảm. Như bạn đã biết, các electron di chuyển qua một vật dẫn. Thông thường đây là những dây kim loại, vì kim loại có khả năng dẫn điện tốt. Chúng ta biết rằng kim loại có một mạng tinh thể dày đặc: nhiều hạt gần nhau và liên kết với nhau. Các electron đang di chuyển giữa các nguyên tử kim loại, va chạm với chúng, khiến chúng khó di chuyển. Điều này giúp minh họa điện trở mà một vật dẫn gây ra. Bây giờ nó trở nên rõ ràng tại sao điện trở càng cao, cường độ dòng điện càng giảm - càng nhiều hạt, các electron càng khó vượt qua đường đi, chúng làm điều đó chậm hơn. Điều này dường như đã được sắp xếp.

Nếu bạn muốn kiểm tra sự phụ thuộc này theo kinh nghiệm, hãy tìm một biến trở, mắc nối tiếp một điện trở - một ampe kế - một nguồn dòng điện (pin).Cũng nên lắp một công tắc vào mạch - một công tắc bật tắt thông thường.

Mạch kiểm tra sự phụ thuộc của dòng điện vào điện trở

Xoay núm điện trở làm thay đổi điện trở. Đồng thời, số đọc trên ampe kế, đo cường độ dòng điện, cũng thay đổi. Hơn nữa, điện trở càng lớn thì mũi tên càng lệch - dòng điện càng ít. Điện trở càng thấp, mũi tên càng lệch - dòng điện càng lớn.

Sự phụ thuộc của dòng điện vào điện trở gần như tuyến tính, nghĩa là nó được phản ánh trên đồ thị dưới dạng một đường gần như thẳng. Tại sao gần như - điều này nên được thảo luận riêng, nhưng đó là một câu chuyện khác.

Định luật Ôm đối với dòng điện xoay chiều

Khi tính toán mạch điện xoay chiều, thay vì khái niệm điện trở, khái niệm "trở kháng" được đưa vào. Trở kháng được ký hiệu bằng chữ Z, nó bao gồm điện trở hoạt động của tải R_một và điện kháng X (hoặc R_r). Điều này là do hình dạng của dòng điện hình sin (và dòng điện của bất kỳ dạng nào khác) và các thông số của các phần tử cảm ứng, cũng như các luật chuyển đổi:

1. Dòng điện trong mạch cảm ứng không thể thay đổi tức thời.
2. Điện áp trong đoạn mạch có điện dung không thể thay đổi tức thời.

Do đó, dòng điện bắt đầu trễ hoặc dẫn điện áp, và công suất biểu kiến ​​được chia thành hoạt động và phản kháng.

U = I / Z

X_L và X_C là các thành phần phản kháng của tải.

Về vấn đề này, giá trị cosФ được đưa ra:

Ở đây - Q - công suất phản kháng do dòng điện xoay chiều và thành phần điện dung cảm ứng, P - công suất tác dụng (tiêu tán trong linh kiện tích cực), S - công suất biểu kiến, cosФ - hệ số công suất.

Bạn có thể nhận thấy rằng công thức và biểu diễn của nó giao nhau với định lý Pitago. Điều này đúng và góc Ф phụ thuộc vào độ lớn của thành phần phản kháng của tải - càng lớn thì nó càng lớn.Trong thực tế, điều này dẫn đến thực tế là dòng điện thực tế chạy trong mạng lớn hơn dòng điện tính theo công tơ gia đình, trong khi doanh nghiệp trả tiền cho toàn bộ điện năng.

Trong trường hợp này, sự kháng cự được thể hiện dưới dạng phức tạp:

Ở đây j là một đơn vị ảo, đặc trưng cho dạng phương trình phức tạp. Ít được gọi là i, nhưng trong kỹ thuật điện, giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều cũng được ký hiệu, do đó, để không bị nhầm lẫn, tốt hơn là nên sử dụng j.

Đơn vị ảo là √-1. Hợp lý là không có số nào như vậy khi bình phương, có thể dẫn đến kết quả âm là "-1".

Khi định luật Ôm xảy ra

Tạo điều kiện lý tưởng không dễ dàng. Ngay cả trong dây dẫn thuần túy, điện trở thay đổi theo nhiệt độ. Sự giảm của nó làm giảm thiểu hoạt động của các phân tử của mạng tinh thể, điều này đơn giản hóa sự chuyển động của các điện tích tự do. Ở một mức độ "đóng băng" nhất định xảy ra hiện tượng siêu dẫn. Tác dụng ngược lại (suy giảm độ dẫn điện) được quan sát thấy khi đun nóng.

Đồng thời, chất điện phân, kim loại và một số loại gốm sứ vẫn giữ được điện trở bất kể mật độ dòng điện. Sự ổn định của các thông số trong khi vẫn duy trì một chế độ nhiệt độ nhất định nên có thể áp dụng các công thức của định luật Ôm mà không cần chỉnh sửa thêm.

Vật liệu bán dẫn và chất khí được đặc trưng bởi điện trở khác nhau. Thông số này bị ảnh hưởng đáng kể bởi cường độ dòng điện trong âm lượng điều khiển. Để tính toán các đặc tính hiệu suất phải áp dụng các phương pháp tính toán chuyên dụng.

Nếu coi dòng điện xoay chiều thì phương pháp tính được sửa lại.Trong trường hợp này, sự hiện diện của các thành phần phản ứng sẽ phải được tính đến. Với tính chất điện trở của điện trở, có thể áp dụng các công nghệ tính toán đã xét dựa trên các công thức của định luật Ôm.

Các định luật Kirchhoff.

Phân bổ
dòng điện trong các nhánh của mạch điện
tuân theo định luật đầu tiên của Kirchhoff,
và sự phân bố của ứng suất trên các mặt cắt
chuỗi tuân theo định luật thứ hai của Kirchhoff.

Định luật Kirchhoff
cùng với định luật Ohm là chính
trong lý thuyết về mạch điện.

Người đầu tiên
Định luật Kirchhoff:

Đại số
tổng các dòng điện trong nút bằng 0:

_tôi
= 0 (19)

Ở đâu
tôi
là số nhánh hội tụ tại một nút nhất định.

Đó là, tổng kết
mở rộng đến các dòng điện trong các nhánh,
mà hội tụ trong
nút.

Hình 17. Hình minh họa
định luật đầu tiên của Kirchhoff.

Con số
phương trình được biên soạn theo phương trình đầu tiên
Định luật Kirchhoff được xác định theo công thức:

Không có
= Nu
– 1,

Ở đâu
Nu
là số nút trong chuỗi được xem xét.

Dấu hiệu của dòng điện trong
các phương trình được tính đến các
Hướng tích cực. Dấu hiệu tại
dòng điện giống nhau nếu dòng điện giống nhau
định hướng liên quan đến điều này
nút.

Ví dụ,
cho nút được hiển thị trong Hình 17:
chúng tôi gán các dấu hiệu cho các dòng chảy đến nút
"+" và tới các dòng chảy từ nút - dấu hiệu
«-».

Sau đó, phương trình
theo định luật đầu tiên của Kirchhoff, nó sẽ được viết
Vì thế:

Tôi₁
- TÔI₂
+ Tôi₃
- TÔI₄
= 0.

phương trình,
được biên soạn theo định luật đầu tiên của Kirchhoff,
được gọi là các nút.

Đây
luật thể hiện thực tế là trong nút
điện tích không tích tụ
và không được tiêu thụ. Lượng điện
phí đến trang web bằng tổng
phí rời khỏi nút trong một và giống nhau
cùng một khoảng thời gian.

Thứ hai
Định luật Kirchhoff:

Đại số
tổng của emf trong bất kỳ mạch kín nào
chuỗi bằng tổng đại số của ngã
hiệu điện thế trên các phần tử của đoạn mạch này:

Ui
= 
Ei

IiRi = Ei (20)

Ở đâu
tôi
- số phần tử (kháng hoặc
nguồn điện áp) trong
viền.

**Con số
phương trình được biên soạn theo thứ hai
Định luật Kirchhoff được xác định theo công thức:

Không có
= Nb
- Nu
+ 1 - Ned.s.

Ở đâu
Nb
- số nhánh của mạch điện;

Nu
- số lượng nút;

Ned.s.
là số lượng nguồn emf lý tưởng.

Hình 18. Hình minh họa
đối với định luật thứ hai của Kirchhoff.

Vì,
để viết luật thứ hai một cách chính xác
Kirchhoff cho một đường viền nhất định, sau
tuân thủ các quy tắc sau:

1. tùy tiện
   chọn hướng của đường vòng,
   ví dụ, theo chiều kim đồng hồ (Hình 18).

2. emf
   và điện áp giảm phù hợp
   theo hướng với hướng đã chọn
   bỏ qua được viết trong một biểu thức với
   dấu "+"; nếu e.f.s. và giảm điện áp
   không phù hợp với hướng
   đường viền, sau đó chúng được đặt trước bởi một dấu hiệu
   «-».

Ví dụ,
cho đường bao của Hình 18, định luật thứ hai của Kirchhoff
sẽ được viết như sau:

U₁
- U₂
+ U₃
= E₁
- E₃
- E₄
(21)

Phương trình (20) có thể là
viết lại thành:

 (Ui
- Ơ)
= 0 (22)

Ở đâu
(U
- E)
- sức căng trên cành.

Do đó,
Định luật thứ hai của Kirchhoff có thể được xây dựng
theo cách sau:

Đại số
tổng các điện áp trên các nhánh trong bất kỳ
vòng khép kín bằng không.

Tiềm năng
sơ đồ đã thảo luận về các lần giao bóng trước đó
giải thích đồ họa của thứ hai
Định luật Kirchhoff.

Nhiệm vụ số 1.

TẠI
mạch trong hình 1 có dòng điện I₁
và tôi₃,
sức đề kháng và emf Xác định dòng điện
Tôi₄,
Tôi₅,
Tôi₆
; hiệu điện thế giữa các điểm a
và B
nếu tôi₁
= 10mA,
Tôi₃
= -20 mA,
R₄
= 5kOhm,
E₅
= 20B,
R₅
= 3kOhm,
E₆
= 40B,
R₆
= 2kOhm.

Hình 1

Dung dịch:

1. Để cho
   đường viền, chúng tôi lập hai phương trình theo
   Định luật đầu tiên của Kirchhoff và một - theo
   thứ hai. Hướng đường viền
   được chỉ định bởi một mũi tên.

TẠI
là kết quả của giải pháp mà chúng tôi nhận được: Tôi₆
= 0; Tôi₄
= 10mA;
Tôi₅
= -10mA

1. hỏi
   hướng điện áp giữa các điểm
   một
   và B
   từ điểm "a"
   đến điểm "b"
   - U_ab.
   Điện áp này có thể được tìm thấy từ phương trình
   Định luật thứ hai của Kirchhoff:

Tôi₄R₄
+ U_ab
+ Tôi₆R₆
= 0

U_ab
= - 50V.

Nhiệm vụ số 2.

Vì
sơ đồ trong Hình 2 vẽ các phương trình theo
Định luật Kirchhoff và xác định ẩn số
điểm.

Được:
Tôi₁
= 20mA;
Tôi₂
= 10mA

R₁
= 5kOhm,
R₃
= 4kOhm,
R₄
= 6kOhm,
R₅
= 2kOhm,
R₆
= 4kΩ.

Hình 2

Dung dịch:

Số lượng nút
phương trình - 3, số lượng phương trình đường bao
– 1.

Nhớ lại!
Khi biên dịch phương trình theo thứ hai
Định luật Kirchhoff, chúng tôi chọn đường bao, trong
mà không bao gồm các nguồn hiện tại.
Hướng của đường bao được chỉ ra trong hình.

TẠI
của mạch này, dòng của các nhánh I₁
và tôi₂.
không xác định
dòng điện
Tôi₃,
Tôi₄,
Tôi₅,
Tôi₆.

Quyết định
hệ thống, chúng tôi nhận được: Tôi₃
= 13,75 mA;
Tôi₄
= -3,75mA;
Tôi₅
= 6,25mA;
Tôi₆
= 16,25mA.

Các khái niệm cơ bản

Dòng điện chạy khi một mạch điện kín cho phép các êlectron di chuyển từ điện thế cao xuống điện thế thấp hơn trong mạch. Nói cách khác, dòng điện yêu cầu một nguồn electron có năng lượng để đặt chúng chuyển động, cũng như một điểm quay trở lại của chúng các điện tích âm, được đặc trưng bởi sự thiếu hụt của chúng. Là một hiện tượng vật lý, dòng điện trong mạch được đặc trưng bởi ba đại lượng cơ bản:

• Vôn;
• sức mạnh hiện tại;
• điện trở của một vật dẫn mà các electron chuyển động.

Sức mạnh và sự căng thẳng

Cường độ dòng điện (I, đo bằng Ampe) là khối lượng của các electron (điện tích) di chuyển qua một nơi trong mạch trong một đơn vị thời gian.Nói cách khác, phép đo I là xác định số lượng các electron trong chuyển động

Điều quan trọng cần hiểu là thuật ngữ này chỉ đề cập đến chuyển động: các điện tích tĩnh, ví dụ, trên các cực của pin không được kết nối, không có giá trị đo được là I. Dòng điện chạy theo một hướng được gọi là trực tiếp (DC), và chiều thay đổi theo chu kỳ được gọi là xoay chiều (AC). Hiệu điện thế có thể được minh họa bằng một hiện tượng như áp suất, hoặc sự khác biệt về thế năng của các vật thể dưới tác dụng của lực hấp dẫn.

Để tạo ra sự mất cân bằng này, trước tiên bạn phải tiêu hao năng lượng, năng lượng này sẽ được chuyển động trong những trường hợp thích hợp. Ví dụ, khi rơi tải từ độ cao, công việc được thực hiện để nâng nó lên, trong pin galvanic, sự chênh lệch tiềm năng ở các đầu cực được hình thành do sự chuyển đổi năng lượng hóa học, trong máy phát điện - do tiếp xúc với một trường điện từ

Ứng suất có thể được minh họa bằng một hiện tượng như áp suất, hoặc sự khác biệt về thế năng của các vật thể dưới tác dụng của trọng lực. Để tạo ra sự mất cân bằng này, trước tiên bạn phải tiêu hao năng lượng, năng lượng này sẽ được chuyển động trong những trường hợp thích hợp. Ví dụ, khi rơi tải từ độ cao, công việc nâng nó lên được thực hiện, trong pin galvanic, sự khác biệt tiềm năng tại các đầu cực được hình thành do sự chuyển đổi năng lượng hóa học, trong máy phát điện - do tiếp xúc với một trường điện từ.

Điện trở dẫn

Cho dù một chất dẫn điện bình thường tốt đến đâu, nó sẽ không bao giờ cho phép các điện tử đi qua mà không có một số lực cản đối với chuyển động của chúng.Có thể coi lực cản là một chất tương tự của ma sát cơ học, mặc dù sự so sánh này sẽ không hoàn hảo. Khi dòng điện chạy qua một vật dẫn, một số hiệu điện thế được chuyển đổi thành nhiệt, vì vậy sẽ luôn có sự sụt giảm điện áp trên điện trở. Máy sưởi điện, máy sấy tóc và các thiết bị tương tự khác được thiết kế chỉ để tiêu tán năng lượng điện dưới dạng nhiệt.

Điện trở đơn giản (ký hiệu là R) là thước đo mức độ chậm lại của dòng electron trong mạch. Nó được đo bằng ohms. Độ dẫn điện của một điện trở hoặc phần tử khác được xác định bởi hai tính chất:

• hình học;
• vật chất.

Hình dạng là yếu tố quan trọng hàng đầu, như phép tương tự thủy lực đã nói rõ: đẩy nước qua một đường ống dài và hẹp khó hơn nhiều so với việc đẩy nước qua một đường ống rộng và ngắn. Vật liệu đóng vai trò quyết định. Ví dụ, các electron có thể chuyển động tự do trong một sợi dây đồng, nhưng hoàn toàn không thể chạy qua chất cách điện như cao su, bất kể hình dạng của chúng. Ngoài hình học và vật liệu, có những yếu tố khác ảnh hưởng đến độ dẫn điện.

Giải thích luật Ohm

Để đảm bảo sự chuyển động của các điện tích, bạn cần phải đóng mạch. Trong trường hợp không có nguồn điện bổ sung, dòng điện không thể tồn tại trong một thời gian dài. Tiềm năng sẽ nhanh chóng trở nên ngang nhau. Để duy trì chế độ hoạt động của mạch, cần có thêm nguồn (máy phát điện, pin).

Mạch hoàn chỉnh sẽ chứa tổng điện trở của tất cả các thành phần. Để tính toán chính xác, tổn thất trong dây dẫn, phần tử điện trở và nguồn điện được tính đến.

Hiệu điện thế cần đặt vào một cường độ dòng điện nhất định là bao nhiêu được tính theo công thức:

Ư = I * R.

Tương tự, với sự trợ giúp của các quan hệ được xem xét, các tham số khác của mạch được xác định.

Kết nối song song và nối tiếp

Trong điện, các phần tử được kết nối nối tiếp - nối tiếp nhau hoặc song song - đây là khi một số đầu vào được kết nối với một điểm và đầu ra từ các phần tử giống nhau được kết nối với một điểm khác.

Định luật Ohm cho kết nối song song và nối tiếp

kết nối nối tiếp

Định luật Ohm hoạt động như thế nào đối với những trường hợp này? Khi mắc nối tiếp, dòng điện chạy qua chuỗi các phần tử sẽ giống nhau. Hiệu điện thế của một đoạn mạch có các phần tử mắc nối tiếp được tính bằng tổng các hiệu điện thế trong mỗi đoạn mạch. Việc này được giải thích như thế nào? Dòng điện chạy qua một phần tử là sự chuyển một phần điện tích từ phần này sang phần khác. Ý tôi là, đó là một số công việc. Tầm quan trọng của công việc này là sức căng. Đây là ý nghĩa vật lý của căng thẳng. Nếu điều này rõ ràng, chúng tôi tiếp tục.

Kết nối nối tiếp và các thông số của phần này của mạch

Khi mắc nối tiếp, cần chuyển điện tích lần lượt qua từng phần tử. Và trên mỗi yếu tố, đây là một “khối lượng” công việc nhất định. Và để tìm số lượng công việc trên toàn bộ phần của chuỗi, bạn cần thêm công việc trên từng phần tử. Vì vậy, nó chỉ ra rằng tổng điện áp là tổng của các điện áp trên mỗi phần tử.

Theo cách tương tự - với sự trợ giúp của phép cộng - tổng điện trở của phần mạch cũng được tìm thấy. Làm thế nào bạn có thể tưởng tượng nó? Dòng điện chạy qua chuỗi phần tử tuần tự vượt qua mọi điện trở. Từng cái một. Nghĩa là, để tìm ra lực cản mà anh ta đã vượt qua, cần phải cộng các lực cản. Nhiều hơn hoặc ít hơn như thế này.Phép tính dẫn xuất toán học phức tạp hơn, và dễ hiểu cơ chế của định luật này hơn.

Kết nối song song

Kết nối song song là khi đầu của các dây dẫn / phần tử hội tụ tại một điểm và tại một điểm khác các đầu của chúng được nối với nhau. Chúng tôi sẽ cố gắng giải thích các định luật có hiệu lực cho các hợp chất thuộc loại này. Hãy bắt đầu với hiện tại. Một dòng điện có cường độ nào đó được cung cấp cho điểm kết nối của các phần tử. Nó tách ra, chảy qua tất cả các dây dẫn. Từ đó ta kết luận rằng tổng dòng điện trong phần bằng tổng dòng điện trong mỗi phần tử: I = I1 + I2 + I3.

Bây giờ cho điện áp. Nếu điện áp là công để di chuyển một điện tích, thì công cần thiết để di chuyển một điện tích sẽ giống nhau trên bất kỳ phần tử nào. Nghĩa là, điện áp trên mỗi phần tử được kết nối song song sẽ giống nhau. U = U1 = U2 = U3. Không thú vị và trực quan như trong trường hợp giải thích định luật Ohm cho một phần dây chuyền, nhưng bạn có thể hiểu.

Luật kết nối song song

Đối với kháng chiến, mọi thứ phức tạp hơn một chút. Hãy giới thiệu khái niệm về độ dẫn điện. Đây là đặc điểm cho biết mức độ dễ dàng hay khó khăn khi điện tích đi qua vật dẫn này. Rõ ràng là điện trở càng thấp thì dòng điện càng dễ đi qua. Do đó, độ dẫn điện - G - được tính là nghịch đảo của điện trở. Trong công thức, nó giống như sau: G = 1 / R.

Tại sao chúng ta lại nói về độ dẫn điện? Bởi vì tổng độ dẫn điện của một mặt cắt có sự kết nối song song của các phần tử bằng tổng độ dẫn điện của mỗi mặt cắt. G = G1 + G2 + G3 - dễ hiểu. Dòng điện sẽ vượt qua nút của các phần tử song song này dễ dàng như thế nào phụ thuộc vào độ dẫn của mỗi phần tử. Vì vậy, nó chỉ ra rằng họ cần phải được gấp lại.

Bây giờ chúng ta có thể chuyển sang kháng cự.Vì độ dẫn là nghịch đảo của điện trở, chúng ta có thể nhận được công thức sau: 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3.

Điều gì cho chúng ta một kết nối song song và nối tiếp?

Kiến thức lý thuyết là tốt, nhưng làm thế nào để áp dụng nó vào thực tế? Các phần tử của bất kỳ loại nào có thể được kết nối song song và nối tiếp. Nhưng chúng tôi chỉ xem xét các công thức đơn giản nhất mô tả các phần tử tuyến tính. Phần tử tuyến tính là điện trở, còn được gọi là "điện trở". Vì vậy, đây là cách bạn có thể sử dụng những gì bạn đã học:

Nếu không có sẵn điện trở có giá trị lớn, nhưng có một số điện trở nhỏ hơn, thì có thể đạt được điện trở mong muốn bằng cách mắc nối tiếp một số điện trở. Như bạn có thể thấy, đây là một kỹ thuật hữu ích.
Để kéo dài tuổi thọ của pin, chúng có thể được kết nối song song. Trong trường hợp này, điện áp, theo định luật Ohm, sẽ không đổi (bạn có thể đảm bảo bằng cách đo điện áp bằng đồng hồ vạn năng). Và "tuổi thọ" của pin kép sẽ lâu hơn nhiều so với hai phần tử thay thế nhau

Chỉ cần lưu ý: chỉ có thể kết nối song song các nguồn điện có cùng tiềm năng. Tức là không kết nối được pin chết và pin mới.

Nếu bạn vẫn kết nối, pin có mức sạc lớn hơn sẽ có xu hướng sạc pin ít hơn. Do đó, tổng phí của họ sẽ giảm xuống giá trị thấp.

Nói chung, đây là những cách sử dụng phổ biến nhất cho các hợp chất này.

Nguồn EMF lý tưởng

Suất điện động (E) là đại lượng vật lý xác định mức độ ảnh hưởng của ngoại lực đến sự chuyển động trong mạch kín của các hạt mang điện tích. Nói cách khác, cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn sẽ phụ thuộc vào EMF.

Khi giải thích những hiện tượng khó hiểu như vậy, các giáo viên phổ thông trong nước thích chuyển sang phương pháp loại suy thủy lực. Nếu một vật dẫn là một đường ống, và dòng điện là lượng nước chảy qua nó, thì EMF là áp suất mà một máy bơm phát triển để bơm chất lỏng.

Thuật ngữ sức điện động có liên quan đến một khái niệm như điện áp. Cô ấy, EMF, cũng được đo bằng vôn (đơn vị - "V"). Mọi nguồn điện, dù là pin, máy phát điện hay tấm pin mặt trời đều có suất điện động riêng. Thường thì EMF này gần với điện áp đầu ra (U), nhưng luôn nhỏ hơn nó một chút. Điều này là do điện trở bên trong của nguồn, trên đó một phần của điện áp chắc chắn sẽ giảm xuống.

Vì lý do này, nguồn EMF lý tưởng hơn là một khái niệm trừu tượng hoặc một mô hình vật lý không có chỗ đứng trong thế giới thực, bởi vì điện trở bên trong của pin Rin, mặc dù rất thấp, vẫn khác 0 tuyệt đối.

Nguồn emf lý tưởng và thực sự

Ở dạng vi phân

Công thức rất thường được trình bày dưới dạng vi phân, vì dây dẫn thường không đồng nhất và cần phải chia nó thành các phần nhỏ nhất có thể. Dòng điện đi qua nó gắn với độ lớn và hướng nên được coi là đại lượng vô hướng. Bất cứ khi nào dòng điện kết quả qua dây được tìm thấy, tổng đại số của tất cả các dòng điện riêng lẻ được lấy. Vì quy tắc này chỉ áp dụng cho đại lượng vô hướng nên dòng điện cũng được coi là đại lượng vô hướng. Biết rằng dòng điện dI = jdS đi qua tiết diện. Hiệu điện thế trên nó bằng Edl thì đối với dây dẫn có tiết diện không đổi và chiều dài bằng nhau thì tỉ số sẽ đúng là:

Hình thức khác biệt

Do đó, biểu thức của dòng điện ở dạng vectơ sẽ là: j = E.

Quan trọng! Trong trường hợp chất dẫn điện bằng kim loại, độ dẫn điện giảm khi nhiệt độ tăng, trong khi đối với chất bán dẫn thì độ dẫn điện tăng lên. Luật Omov không chứng minh tính tương xứng chặt chẽ

Điện trở của một nhóm lớn kim loại và hợp kim biến mất ở nhiệt độ gần bằng không tuyệt đối, và quá trình này được gọi là hiện tượng siêu dẫn.