Amit az áramkör ezen szakaszában feszültségnek neveznek. Hogyan lehet megtalálni a feszültséget

Amikor létrejön egy elektromos áramkör, szabad töltések (elektronok) mozoghatnak. Ezt a mozgást elektromos áramnak vagy másképpen elektromos áramnak nevezik. Az ilyen mozgás hasonló a folyadék mozgásához az üreges cső belsejében, de ez a hasonlóság nem mindenben őrződik meg, vannak jelentős különbségek is.

A szabad töltések mozgási erejét a feszültség határozza meg, amely a potenciális energia specifikus mutatója. A feszültséget mindig jellemzik két pont elektromos áramkörben, ezért helyesebb nem feszültségről, hanem az áramkör két pontja közötti feszültségesésről beszélni. Általában a csepp szót kihagyják, ami a "feszültség" megjelöléssel értendő - feszültségesés az elektromos áramkör egy bizonyos szakaszában. Ez azt jelenti, hogy a „feszültség” kifejezés használatakor mindig az áramköri szakasz két pontját kell érteni, a kezdőt és a végsőt. Egy ponton a feszültségesés fogalmának nincs értelme, mindig van két pont és egy specifikus láncszakasz.

A szabad töltések, és az első típusú vezetőkben (fémek és ötvözetek) elektronok, hajlamosak bizonyos fokú súrlódással áthaladni a vezetőn, ellenállva az áramforrás (EMF) hatására történő mozgásának. Ezt a konfrontációt úgy hívják, hogy ellenállás.

Az áramkörben lévő áram nagysága a szabad elektronokat gyorsító feszültség nagyságától és az áramköri szakasz ellenállásának nagyságától függ. Akárcsak a feszültségesés (feszültség), az ellenállás az áramkör egy szakaszát jellemző mennyiség, vagyis az ellenállás mindig az áramkör két pontja között van.

Az áram egy elektromos áramkörben létezik, és a feszültségesés és az ellenállás mindig az áramkör egy szakasza, mindig két pont között.

Ahhoz, hogy egy elektromos áramkör ezekkel a paramétereivel dolgozhassunk, meg kell tudni őket kvantitatívan leírni, ahogyan a tömeget, térfogatot, hosszúságot és egyéb fizikai mennyiségeket is leírjuk.

Itt vannak a szabványos egységek elektromos áram, feszültség és ellenállás:

"Szimbólum"- ez a fizikai mennyiség megjelölése algebrai egyenletekben, diagramokon, táblázatokon, műszaki dokumentációkban, a fizika és a mérnöki tudományokban. Ezek a megnevezések nemzetközileg elismertek.

"Rövidítés"- egy alfabetikus karakter, amelyet a mennyiség mértékegységekben történő rövidítésére használnak. Különös patkó Ω - ez a görög "omega" betű, ő az, aki az ellenállást jelöli az elektrotechnikában.

Minden mértékegység egy híres elektromos kutató nevéhez fűződik. Áram a francia André Marie Ampère tiszteletére, feszültség Alessandro Volta tiszteletére, ellenállás pedig Georg Simon Ohm német felfedező tiszteletére.

Ohm törvénye - három mennyiség kapcsolata

Mindhárom mennyiség: feszültség, áram és ellenállás össze van kötve. Ezt a kapcsolatot Georg Simon Ohm fedezte fel, és egy cikkben publikálta 1827-ben. Matematikailag megvizsgálta a galván elektromos áramkört.

Ohm fő felfedezése az volt, hogy a fémvezetőn áthaladó áram nagysága egyenesen arányos a feszültséggel, amit matematikai jelöléssel – egyenlettel (képlet) fogalmazott meg.

Ebben az algebrai kifejezésben a stressz ( V) egyenlő az áram nagyságával ( én) szorozva az ellenállással ( R). Algebrai módszerekkel manipulálhatjuk ezt az egyenletet, és még két módon írhatjuk fel, for énés azért R illetőleg:

Az Ohm-törvény megfogalmazása egy áramköri szakaszra a következő tartalommal rendelkezik:

Az áramkör egy szakaszában folyó áram erőssége egyenesen arányos ezen szakasz feszültségesésével, és fordítottan arányos ennek a szakasznak az ellenállásával.

Ezt fontos megjegyezni áramerősség mindig az áramkör szakaszában (elágazás), a feszültségesés és ellenállás pedig mindig az áramkör szakaszában van.

Nem lehet áram az áramköri szakaszban, vagy feszültségesés és ellenállás az áramköri szakaszban, mert ez logikátlan, abszurd. Az „in” és „on” elöljárószók helytelen használata beszédben és írásban azt jelzi, hogy a beszélő vagy az író nem érti az alapvető elektromos mennyiségek lényegét: feszültség, áramerősség és ellenállás.

Az elektromos áramkört jellemző fizikai jelenségek és mennyiségek lényegének helyes megértése nélkül lehetetlen az elektromos munka szakszerű elvégzése, és még inkább a mérnöki számítások elvégzése.

A közvetlen arányosság azt jelenti, hogy a feszültség növekedésével V ban ben n alkalommal, aktuális én is növekedni fog n alkalommal, ugyanez vonatkozik a feszültség nagyságának csökkentésére is.

Az elektromos áramkör egy bizonyos szakaszában lévő feszültség alatt a szakasz szélső pontjai közötti potenciálkülönbséget értjük.

ábrán. A 13. ábra az áramkör egy szakaszát mutatja, amelyen egy ellenállás van, amely ellenállással rendelkezik, és nincs EMF. szélsőséges pontok ezt a területet betűk jelölik a és b . Hagyja, hogy az áram a pontból folyjon a lényegre törő b .

Rizs. 13. Az elektromos áramkör szakasza

Az EMF nélküli területen az áram magasabb potenciálról alacsonyabbra folyik. Ezért a potenciál a pont a potenciális pont felett b az áram és ellenállás szorzatával egyenlő értékkel:

.

A definíció szerint a pontok közötti feszültség a és b

Más szavakkal, az ellenálláson lévő feszültség egyenlő az ellenálláson átfolyó áram és az ellenállás ellenállásának szorzatával.

Az elektrotechnikában az ellenállás végein lévő potenciálkülönbséget általában "feszültség az ellenálláson" vagy "feszültségesésnek" nevezik. Mindkét definíció megtalálható a szakirodalomban.

Tekintsük most a feszültség kérdését egy olyan áramköri szakaszban, amely nemcsak ellenállást, hanem EMF-forrást is tartalmaz.

ábrán. tizennégy aés b egyes áramkörök szakaszai, amelyeken keresztül áram folyik . . Keresse meg a pontok közötti feszültséget a és c ezekre a területekre.

a) b)

Rizs. 14. Az elektromos áramkör szakaszai

Definíció szerint

. (9)

Kifejezzük a pontban rejlő lehetőségeket a egy pont potenciálján keresztül c . Amikor egy pontról mozog c lényegre törő b (14. ábra, a) ellenkező irányba megyünk EMF, tehát a pont potenciálja b kisebbnek bizonyul, mint a pont potenciálja c az EMF értékével, azaz

. (10)

ábrán. tizennégy, b amikor egy pontról mozog c lényegre törő b az EMF és ezért a pont potenciálja szerint megyünk b nagyobbnak bizonyul, mint a pont potenciálja c az EMF értékével, azaz

. (11)

Korábban azt mondták, hogy az áramkör EMF nélküli szakaszában az áram magasabb potenciálról alacsonyabbra folyik. Ezért az ábra mindkét sémájában. 14 pontos potenciál a magasabb a potenciális pontnál b az ellenállás ellenállásán bekövetkező feszültségesés értékével:

. (12)

így a 3. ábrához. tizennégy, a nekünk van

, vagy

. (13)

A 2. ábrához pedig tizennégy, b nekünk van

, vagy

. (14)

A feszültség pozitív irányát a diagramokon nyíl jelzi. A nyílnak az index első betűjétől a második betűig kell mutatnia. Tehát a feszültség pozitív irányát egy innen mutató nyíl ábrázolja a nak nek c .

A feszültség definíciójából az is következik, hogy . Ezért . Más szóval, az indexek váltakozásának megváltoztatása egyenértékű ennek a feszültségnek az előjelének megváltoztatásával. A fentiekből kitűnik, hogy a feszültség lehet pozitív és negatív is.

1. Ohm törvénye olyan áramköri szakaszra, amely nem tartalmaz emf-et.

Az Ohm-törvény kapcsolatot teremt az áram és a feszültség között az áramkör egy bizonyos szakaszában. ábrán látható áramkör szakaszához képest tehát. 13 van

.(15)

1. Ohm törvénye emf-et tartalmazó áramkörszakaszra.

Az EMF-et tartalmazó áramköri szakasz Ohm-törvénye lehetővé teszi, hogy megtalálja ennek a szakasznak az áramát a szakasz végén található ismert potenciálkülönbségből és az ebben a szakaszban elérhető EMF-ből. Tehát a (13) egyenletből az ábra szerinti áramkörre jutunk. tizennégy, a

.(16)

Hasonlóképpen, a (14) egyenletből az 1. ábrán látható áramkörre. tizennégy, b kellene

.(17)

A (16) és (17) egyenletek Ohm törvényét fejezik ki az áramkör EMF-et tartalmazó szakaszára az EMF bekapcsolásának különböző eseteire.

Az elektromos áramkör egy bizonyos szakaszában lévő feszültség alatt a szakasz szélső pontjai közötti potenciálkülönbséget értjük.

ábrán. Az 1-13. ábrán az áramkör azon szakasza látható, amelyen ellenállás van, és nincs EMF. Ennek a szakasznak a szélső pontjait betűk jelölik a és b . Hagyja, hogy az áram a pontból folyjon a lényegre törő b .

Rizs. 1-13. Elektromos áramkör szakasz

Az EMF nélküli területen az áram magasabb potenciálról alacsonyabbra folyik. Ezért a potenciál a pont a potenciális pont felett b az áram és ellenállás szorzatával egyenlő értékkel:

.

A definíció szerint a pontok közötti feszültség a és b

. (1-8)

Más szavakkal, az ellenálláson lévő feszültség egyenlő az ellenálláson átfolyó áram és az ellenállás ellenállásának szorzatával.

Az elektrotechnikában az ellenállás végein lévő potenciálkülönbséget általában "feszültség az ellenálláson" vagy "feszültségesésnek" nevezik. Mindkét definíció megtalálható a szakirodalomban.

Tekintsük most a feszültség kérdését egy olyan áramköri szakaszban, amely nemcsak ellenállást, hanem EMF-forrást is tartalmaz.

ábrán. 1-14 aés b egyes áramkörök szakaszai, amelyeken keresztül áram folyik . . Keresse meg a pontok közötti feszültséget a és c ezekre a területekre.

a) b)

Rizs. 1-14. Az elektromos áramkör szakaszai

Definíció szerint

. (1-9)

Kifejezzük a pontban rejlő lehetőségeket a egy pont potenciálján keresztül c . Amikor egy pontról mozog c lényegre törő b (1-14. ábra, a) ellenkező irányba megyünk EMF, tehát a pont potenciálja b kisebbnek bizonyul, mint a pont potenciálja c az EMF értékével, azaz

. (1-10)

ábrán. 1-14, b amikor egy pontról mozog c lényegre törő b az EMF és ezért a pont potenciálja szerint megyünk b nagyobbnak bizonyul, mint a pont potenciálja c az EMF értékével, azaz

. (1-11)

Korábban azt mondták, hogy az áramkör EMF nélküli szakaszában az áram magasabb potenciálról alacsonyabbra folyik. Ezért az ábra mindkét sémájában. 1-14 pontos potenciál a magasabb a potenciális pontnál b az ellenállás ellenállásán bekövetkező feszültségesés értékével:

. (1-12)

így a 3. ábrához. 1-14, a nekünk van

, vagy

. (1-13)

A 2. ábrához pedig 1-14, b nekünk van

, vagy

. (1-14)

A feszültség pozitív irányát a diagramokon nyíl jelzi. A nyílnak az index első betűjétől a második betűig kell mutatnia. Tehát a feszültség pozitív irányát egy innen mutató nyíl ábrázolja a nak nek c .

A feszültség definíciójából az is következik, hogy . Ezért . Más szóval, az indexek váltakozásának megváltoztatása egyenértékű ennek a feszültségnek az előjelének megváltoztatásával. A fentiekből kitűnik, hogy a feszültség lehet pozitív és negatív is.

1. Ohm törvénye olyan áramköri szakaszra, amely nem tartalmaz emf-et

Az Ohm-törvény kapcsolatot teremt az áram és a feszültség között az áramkör egy bizonyos szakaszában. ábrán látható áramkör szakaszához képest tehát. 1-13 van nálunk

.(1-15)

Az áram feszültségének numerikus kifejezésének meghatározásához el kell döntenie a terminológiát. Az elektromos áramkör szakaszában a feszültség jellemzi azt a munkát, amelyet egy pozitív egységtöltés (vagy a töltés elmozdulásakor felszabaduló energia) egyik pontból a másikba történő átvitele végez. A kezdő- és végpont potenciálisan különbözik, aminek következtében a feszültséget potenciálkülönbségnek vagy elektromotoros erőnek is nevezik. Az értéket U betűvel jelöljük, és voltban (B) mérjük. A feszültség meghatározása egy voltmérővel a kezében nem nehéz. Ha azonban ez az eszköz nem áll rendelkezésre, akkor az elektromos áramkör egyéb jellemzői és a feszültség közötti kapcsolat ismerete segít a kívánt érték meghatározásában.

Határozza meg a feszültséget Ohm törvénye alapján

Az áramerősségre (I) és az ellenállásra (R) vonatkozó numerikus adatok birtokában Ohm törvénye segít megtalálni az ismeretlen összetevőt, a feszültséget. Képlete I=U/R. Egyenesen arányos feszültség-áram összefüggést, és fordítottan arányos feszültség-ellenállás összefüggést tükröz az áramkör egy bizonyos szakaszában. A megállapított minta az egyenáramú és a váltakozó áramú szakaszokra egyaránt érvényes. Az U=I*R kapcsolat nem alaptörvény. Csak bizonyos feltételek mellett mutatja meg a mennyiségek közötti empirikus kapcsolatot.

A törvény nem mindig működik ilyen esetekben:

• Egyes heterogén eszközökben (diódák, tranzisztorok).
• Magas frekvenciák esetén.
• Nál nél alacsony hőmérsékletek(szupravezetőkhöz).
• Az elem nyilvánvaló felmelegedésével az áram áthaladása közben (mint egy izzólámpa esetében).
• Vákuumot vagy gázt tartalmazó vákuumcsövekben (fluoreszkáló csövek).
• Nagyfeszültségű vezeték vagy dielektrikum megérintése, ami meghibásodást eredményez.

Az Ohm-törvény fizikai dekódolása a feszültség meghatározásához

A törvény „klasszikus” ábrázolása nem veszi figyelembe a vezető anyag egyes tulajdonságait, így csak matematikai szempontból helyes. A törvény egy másik értelmezése lehetővé teszi a vezető fizikai jellemzőinek figyelembevételét: U=I*ℓ*ρ/S, ahol
I - áramerősség,
ρ a vezető ellenállása,
ℓ - hossz,
S az anyag keresztmetszete (területe).

Feszültség meghatározása a teljesítmény nagyságának ismeretével

Georg Simon Ohm a következő összefüggést állapította meg az ellenállás és a teljesítmény között: R=P/I 2 és R=U 2 /P, tehát P=I*U. Ebből következik, hogy U=P/I.

Kapcsolat a munkával (A)

A stressz definíciója alapján a munka mennyiségének ismeretében meghatározható a numerikus kifejezése. Ezen jellemzők kapcsolatát az U=A/q ​​képlet fejezi ki. Meghatározza az áram és az áramkör ezen szakaszán áthaladó töltés arányát.

A feszültség kiszámításához szükséges összes jellemző az elektromos készülékek használati utasításából vagy megfelelő mérőműszerek segítségével beszerezhető.