Omo dėsnis visai grandinei ir grandinės daliai: formulės užrašymo variantai, aprašymas ir paaiškinimas

Profesionalus elektrikas, elektronikos specialistas jokiu būdu negali išvengti Omo dėsnio savo veikloje, sprendžiant bet kokias užduotis, susijusias su elektroninių ir elektros schemų derinimu, nustatymu, remontu.

Iš tiesų, šio dėsnio supratimas yra būtinas kiekvienam. Nes kiekvienas kasdieniame gyvenime turi susidurti su elektra.

Ir nors vidurinės mokyklos mokymo kursas numato vokiečių fiziko Omo dėsnį, tačiau praktikoje jis ne visada laiku išmokstamas. Todėl mūsų medžiagoje apžvelgsime šią gyvenime aktualią temą ir išsiaiškinsime formulės užrašymo variantus.

Atskira atkarpa ir visa elektros grandinė

Nagrinėjant elektros grandinę Omo dėsnio taikymo schemai požiūriu, reikia pažymėti du galimus skaičiavimo variantus: atskirai paimtai atkarpai ir pilnai schemai.

Elektros schemos atkarpos srovės apskaičiavimas

Elektros grandinės atkarpa paprastai laikoma schemos dalis, neįtraukianti EVJ šaltinio, kaip turinčio papildomą vidinę varžą.

Todėl skaičiavimo formulė šiuo atveju atrodo paprastai:

I = U/ R,

Kur atitinkamai:

• I – srovė;
• U – prijungta įtampa;
• R – varža.

Formulės aiškinimas paprastas – srovė, tekanti tam tikra grandinės atkarpa, yra proporcinga jai prijungtai įtampai, o varžai – atvirkščiai proporcinga.

Taip vadinama grafinė „ramunėlė“, kurios pagalba pateikiamas visas formuluočių variantų rinkinys, pagrįstas Omo dėsniu. Patogus įrankis nešiotis kišenėje: sektorius “P” – galios formulės; sektorius “U” – įtampos formulės; sektorius “I” – srovės formulės; sektorius “R” – varžos formulės.

Taigi, formule aiškiai aprašoma srovės tekėjimo priklausomybė atskira elektros grandinės atkarpa, atsižvelgiant į tam tikras įtampos ir varžos vertes.

Formulę patogu naudoti, pavyzdžiui, apskaičiuojant varžos parametrus, kuriuos reikia įlituoti į grandinę, jei yra žinoma įtampa ir srovė.

Omo dėsnis ir dvi išvados, kurias turi žinoti kiekvienas profesionalus elektromechanikas, elektros inžinierius, elektronikas ir visi, kas susiję su elektros grandinių darbu. Iš kairės į dešinę: 1 – srovės apibrėžimas; 2 – varžos apibrėžimas; 3 – įtampos apibrėžimas, kur I – srovės stipris, U – įtampa, R – varža

Aukščiau pateiktas paveikslėlis padės nustatyti, pavyzdžiui, srovę, tekančią per 10 omų varžą, prie kurios prijungta 12 voltų įtampa. Įstačius reikšmes, rasime – I = 12 / 10 = 1.2 ampero.

Panašiai sprendžiamos užduotys, ieškant varžos (kai žinoma srovė ir įtampa) arba įtampos (kai žinoma įtampa ir srovė).

Taip visada galima parinkti reikiamą darbinę įtampą, reikalingą srovės stiprį ir optimalų varžinį elementą.

Formulė, kurią siūloma naudoti, nereikalauja atsižvelgti į įtampos šaltinio parametrus. Tačiau grandinė, turinti, pavyzdžiui, akumuliatorių, bus skaičiuojama pagal kitą formulę. Schemoje: A – ampermetro įjungimas; V – voltmetro įjungimas.

Beje, bet kurios schemos jungiamieji laidai yra varžos. Apkrovos dydis, kurį jie turės nešti, nustatomas pagal įtampą.

Atitinkamai, vėlgi naudojantis Omo dėsniu, tampa įmanoma tiksliai parinkti reikiamą laidininko skerspjūvį, priklausomai nuo gyslos medžiagos.

Mūsų svetainėje yra išsami instrukcija, kaip apskaičiuoti kabelio skerspjūvį pagal galią ir srovę.

Skaičiavimo variantas visai grandinei

Visą grandinę sudaro jau atkarpa (atkarpos), taip pat EVJ šaltinis. Tai yra, faktiškai prie esamo grandinės atkarpos varžinio komponento pridedama EVJ šaltinio vidinė varža.

Todėl logiškas yra tam tikras aukščiau aptartos formulės pakeitimas:

I = U / (R + r)

Žinoma, EVJ vidinės varžos vertę Omo dėsnyje visai elektros grandinei galima laikyti labai maža, tačiau daugeliu atvejų ši varžos vertė priklauso nuo EVJ šaltinio struktūros.

Vis dėlto, skaičiuojant sudėtingas elektronines schemas, elektros grandines su daugybe laidininkų, papildomos varžos buvimas yra svarbus veiksnys.

Skaičiavimams pilnos elektros grandinės sąlygomis visada atsižvelgiama į EML šaltinio varžinę vertę. Ši vertė sumuojama su tiesioginės elektros grandinės varžine varža. Schemoje: I – srovės tekėjimas; R – išorinis varžinis elementas; r – EML (energijos šaltinio) varžinis faktorius

Tiek grandinės atkarpai, tiek visai schemai reikia atsižvelgti į natūralų momentą – pastovaus ar kintamo dydžio srovės naudojimą.

Jei aukščiau pažymėti momentai, būdingi Omo dėsniui, buvo nagrinėjami nuolatinės srovės naudojimo požiūriu, tai su kintamąja srove viskas atrodo kiek kitaip.

Dėsnio veikimo kintamajam dydžiui nagrinėjimas

Sąvoka „varža“ kintamosios srovės tekėjimo sąlygoms turėtų būti vertinama labiau kaip „impedanso“ sąvoka. Čia turima omenyje aktyvios varžinės apkrovos (Ra) ir apkrovos, sudarytos iš reaktyviojo rezistoriaus (Rr), derinys.

Tokius reiškinius lemia indukcinių elementų parametrai ir perjungimo dėsniai, taikomi kintamajam įtampos dydžiui – sinusinei srovės vertei.

Tokia matoma kintamosios srovės elektros grandinės ekvivalentinė schema, skaičiuojant naudojant formuluotes, kylančias iš Omo dėsnio principų: R – varžinė dedamoji; C – talpinė dedamoji; L – indukcinė dedamoji; EML – energijos šaltinis; I – srovės tekėjimas.

Kitais žodžiais tariant, atsiranda srovės verčių pralenkimo (atsilikimo) nuo įtampos verčių efektas, kurį lydi aktyviosios (varžinės) ir reaktyviosios (indukcinės ar talpinės) galių atsiradimas.

Tokių reiškinių skaičiavimas atliekamas naudojant formulę:

Z = U / I arba Z = R + J * (X_L – X_C)

kur: Z – impedansas; R – aktyvioji apkrova; X_L , X_C – indukcinė ir talpinė apkrova; J – koeficientas.

Nuoseklusis ir lygiagretusis elementų jungimas

Elektros grandinės elementams (grandinės atkarpai) būdingas momentas yra nuoseklusis arba lygiagretusis sujungimas.

Atitinkamai, kiekvieną sujungimo tipą lydi skirtingas srovės tekėjimo pobūdis ir įtampos tiekimas. Šiuo atžvilgiu Omo dėsnis taip pat taikomas skirtingai, priklausomai nuo elementų įjungimo varianto.

Nuosekliai sujungtų varžinių elementų grandinė

Kalbant apie nuoseklųjį sujungimą (grandinės atkarpą su dviem komponentais), naudojama formuluotė:

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

Tokia formuluotė aiškiai parodo, kad, nepriklausomai nuo nuosekliai sujungtų varžinių komponentų skaičiaus, grandinės atkarpoje tekanti srovė nekeičia savo vertės.

Rezistinių elementų sujungimas grandinės ruože nuosekliai vienas su kitu. Šiam variantui galioja savas skaičiavimo dėsnis. Schemoje: I, I1, I2 – srovės tekėjimas; R1, R2 – rezistiniai elementai; U, U1, U2 – taikoma įtampa

Įtampos, veikiančios grandinės rezistinius komponentus, dydis yra suma ir iš viso sudaro EVJ šaltinio vertę.

Be to, kiekvieno atskiro komponento įtampa lygi: Ux = I * Rx.

Bendra varža turėtų būti laikoma visų grandinės rezistinių komponentų nominalų suma.

Lygiagrečiai sujungtų varžinių elementų grandinė

Tuo atveju, kai yra lygiagretus rezistinių komponentų įjungimas, galioja formuluotė remiantis vokiečių fiziko Omo dėsniu:

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

Nėra atmetami mišraus tipo grandinės ruožų sudarymo variantai, kai naudojamas lygiagretus ir nuoseklus sujungimas.

Rezistinių elementų sujungimas grandinės ruože lygiagrečiai vienas su kitu. Šiam variantui taikomas savas skaičiavimo dėsnis. Schemoje: I, I1, I2 – srovės tekėjimas; R1, R2 – rezistiniai elementai; U – tiekiama įtampa; A, B – įėjimo/išėjimo taškai

Tokiems variantams skaičiavimas paprastai atliekamas pirmiausia apskaičiuojant lygiagretaus jungimo rezistinį nominalą. Tada prie gauto rezultato pridedamas nuosekliai įjungto rezistoriaus nominalas.

Integralinė ir diferencialinė dėsnio formos

Visi aukščiau pateikti skaičiavimo aspektai taikomi sąlygoms, kai elektrinėse schemose naudojami laidininkai, taip sakant, „vienalytės“ struktūros.

Tuo tarpu praktikoje dažnai tenka susidurti su schematikos sudarymu, kai skirtinguose ruožuose laidininkų struktūra keičiasi. Pavyzdžiui, naudojami didesnio arba, priešingai, mažesnio skerspjūvio laidai, pagaminti iš skirtingų medžiagų.

Šiems skirtumams įvertinti egzistuoja vadinamojo „diferencinio-integralinio Omo dėsnio“ variacija. Be galo mažam laidininkui apskaičiuojamas srovės tankio lygis, priklausantis nuo intensyvumo ir savitojo laidumo dydžio.

Diferenciniam skaičiavimui imama formulė: J = ό * E

Integraliniam skaičiavimui, atitinkamai, formuluotė: I * R = φ1 – φ2 + έ   

Tačiau šie pavyzdžiai jau artimesni aukštosios matematikos mokyklai ir realioje paprasto elektriko praktikoje faktiškai nenaudojami.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Išsamus Omo dėsnio išnagrinėjimas žemiau pateiktame vaizdo įraše padės galutinai įtvirtinti žinias šia kryptimi.

Savotiška vaizdo pamoka kokybiškai papildo teorinį rašytinį išdėstymą:

Elektriko arba elektroniko darbas neatsiejamai susijęs su akimirkomis, kai realiai tenka stebėti Georgo Ohmo dėsnį veikiant. Tai savotiškos elementarios tiesos, kurias turėtų žinoti kiekvienas profesionalas.

Didelių žinių šiuo klausimu nereikia – pakanka išmokti tris pagrindinius formuluotės variantus, kad sėkmingai taikytumėte praktikoje.

Norite papildyti aukščiau pateiktą medžiagą vertingomis pastabomis ar išreikšti savo nuomonę? Rašykite, prašome, komentarus bloke po straipsniu. Jeigu Jums liko klausimų, nedvejokite jų užduoti mūsų ekspertams.