قانون أوم لدائرة كاملة

في الهندسة الكهربائية هناك مصطلحات: قسم ودائرة كاملة.

الموقع يسمى:

• جزء من دائرة كهربائية داخل مصدر تيار أو جهد ؛

• الدائرة الخارجية أو الداخلية الكاملة للعناصر الكهربائية المتصلة بالمصدر أو بجزء منه.

يستخدم مصطلح "دائرة كاملة" للإشارة إلى دائرة بها جميع الدوائر مجمعة ، بما في ذلك:

• مصادر؛

• المستخدمين ؛

• توصيل الأسلاك.

تساعد هذه التعريفات على التنقل بشكل أفضل في الدوائر ، وفهم خصائصها ، وتحليل العمل ، والبحث عن الأضرار والأعطال. لقد تم تضمينها في قانون أوم ، والذي يسمح لك بحل نفس الأسئلة لتحسين العمليات الكهربائية لاحتياجات الإنسان.

تنطبق أبحاث جورج سيمون أوم الأساسية على كل شيء تقريبًا قسم من الدائرة أو التخطيطي الكامل.

كيف يعمل قانون أوم لدائرة تيار مستمر كاملة

على سبيل المثال ، دعونا نأخذ خلية كلفانية ، والتي يطلق عليها شعبيا بطارية ، مع فرق الجهد U بين الأنود والكاثود. نقوم بتوصيل مصباح كهربائي بخيط بأطرافه ، والذي يتمتع بمقاومة بسيطة R.

تيار I = U / R الناتج عن حركة الإلكترونات في المعدن سوف يتدفق عبر الفتيل. تشير الدائرة المكونة من أسلاك البطارية وأسلاك التوصيل والمصباح إلى الجزء الخارجي من الدائرة.

سوف يتدفق التيار أيضًا في القسم الداخلي بين أقطاب البطارية. ستكون حاملاتها أيونات موجبة وسالبة الشحنة. تنجذب الإلكترونات إلى القطب السالب وسيتم طرد الأيونات الموجبة منه إلى القطب الموجب.

بهذه الطريقة ، تتراكم الشحنات الموجبة والسالبة على القطب السالب والقطب الموجب ، وينشأ فرق جهد بينهما.

يتم إعاقة الحركة الكاملة للأيونات في الإلكتروليت المقاومة الداخلية للبطاريةمع علامة «ص». يحد من الإخراج الحالي للدائرة الخارجية ويقلل من قوتها إلى قيمة معينة.

في الدائرة الكاملة للدائرة ، يتدفق التيار عبر الدائرتين الداخلية والخارجية ، متغلبًا على المقاومة الإجمالية R + r للقسمين المتسلسلين. تتأثر قيمته بالقوة المطبقة على الأقطاب الكهربائية ، والتي تسمى كهربيًا أو EMF باختصار ويُشار إليها بالمؤشر «E».

يمكن قياس قيمته بمقياس الفولتميتر عند أطراف البطارية بدون حمل (بدون دائرة خارجية). مع وجود حمل متصل في نفس المكان ، يُظهر الفولتميتر الجهد U بعبارة أخرى: مع عدم وجود حمل على أطراف البطارية ، يتطابق U و E في الحجم ، وعندما يتدفق التيار عبر الدائرة الخارجية ، U <E.

تشكل القوة E حركة الشحنات الكهربائية في دائرة كاملة وتحدد قيمتها I = E / (R + r).

يحدد هذا التعبير الرياضي قانون أوم لدائرة تيار مستمر كاملة. يتم توضيح عملها بمزيد من التفصيل على الجانب الأيمن من الصورة.يوضح أن الدائرة الكاملة بأكملها تتكون من دائرتين منفصلتين للتيار.

يمكن أيضًا ملاحظة أنه داخل البطارية ، حتى عند إيقاف تشغيل حمل الدائرة الخارجية ، تتحرك الجسيمات المشحونة (تيار التفريغ الذاتي) وبالتالي يحدث الاستهلاك غير الضروري للمعادن عند الكاثود. يتم استهلاك طاقة البطارية ، بسبب المقاومة الداخلية ، في التسخين والتبدد في البيئة ، ومع مرور الوقت تختفي ببساطة.

تبين الممارسة أن تقليل المقاومة الداخلية r بالطرق البناءة ليس له ما يبرره اقتصاديًا بسبب الزيادة الحادة في تكاليف المنتج النهائي وتفريغه الذاتي المرتفع نوعًا ما.

الاستنتاجات

للحفاظ على كفاءة البطارية ، يجب استخدامها للغرض المقصود منها فقط ، وهو توصيل الدائرة الخارجية حصريًا لفترة التشغيل.

كلما زادت مقاومة الحمل المتصل ، زاد عمر البطارية. لذلك ، تضمن مصابيح الزينون ذات الفتيل المتوهج مع استهلاك تيار أقل من المصابيح المملوءة بالنيتروجين مع نفس التدفق الضوئي عمر خدمة أطول لمصادر الطاقة.

عند تخزين العناصر الجلفانية ، يجب استبعاد مرور التيار بين جهات اتصال الدائرة الخارجية عن طريق العزل الموثوق به.

في حالة تجاوز مقاومة الدائرة الخارجية R للبطارية بشكل كبير القيمة الداخلية r ، فإنها تعتبر مصدر جهد ، وعندما تتحقق العلاقة العكسية ، فهي مصدر حالي.

كيف يتم استخدام قانون أوم لدائرة تيار متردد كاملة

أنظمة التيار المتردد الكهربائية هي الأكثر شيوعًا في الصناعة الكهربائية.في هذه الصناعة ، يصلون إلى أطوال هائلة عن طريق نقل الكهرباء عبر خطوط الكهرباء.

مع زيادة طول خط النقل ، تزداد مقاومته الكهربائية ، مما يؤدي إلى تسخين الأسلاك ويزيد من فقدان الطاقة للنقل.

ساعدت المعرفة بقانون أوم المهندسين على تقليل التكاليف غير الضرورية لنقل الكهرباء. للقيام بذلك ، استخدموا حساب مكون فقد الطاقة في الأسلاك.

يعتمد الحساب على قيمة الطاقة النشطة المنتجة P = E ∙ I ، والتي يجب نقلها نوعياً إلى المستهلكين البعيدين والتغلب على المقاومة الإجمالية:

• ص داخلي عند المولد ؛

• R الخارجي من الأسلاك.

يتم تحديد حجم المجال الكهرومغناطيسي عند أطراف المولد على أنه E = I ∙ (r + R).

سيتم التعبير عن فقدان الطاقة Pp للتغلب على مقاومة الدائرة الكاملة بالصيغة الموضحة في الصورة.

يمكن ملاحظة أن استهلاك الطاقة يزداد بما يتناسب مع طول / مقاومة الأسلاك ومن الممكن تقليلها أثناء نقل الطاقة عن طريق زيادة EMF للمولد أو جهد الخط. تُستخدم هذه الطريقة من خلال تضمين محولات الصعود في الدائرة في نهاية المولد لخط الطاقة ومحولات التنحي عند نقطة استقبال المحطات الفرعية الكهربائية.

ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة محدودة:

• تعقيد الأجهزة التقنية لمواجهة حدوث التفريغ التاجي ؛

• الحاجة إلى إبعاد وعزل خطوط الكهرباء عن سطح الأرض ؛

• زيادة طاقة إشعاع خط الهواء في الفضاء (ظهور تأثير الهوائي).

خصائص عملية قانون أوم في دوائر التيار المتردد الجيبية

المستخدمون الحديثون للجهد العالي الصناعي والطاقة الكهربائية المنزلية ثلاثية الطور / أحادية الطور لا تخلق فقط أحمالًا نشطة ، ولكن أيضًا أحمالًا تفاعلية بخصائص استقرائية أو سعوية واضحة. إنها تؤدي إلى تحول طور بين متجهات الفولتية المطبقة والتيارات المتدفقة في الدائرة.

في هذه الحالة ، من أجل التدوين الرياضي لتقلبات الوقت في التوافقيات ، استخدم شكل معقدوالرسومات المتجهة تستخدم للتمثيل المكاني. يتم تسجيل التيار المنقول عبر خط الطاقة بواسطة الصيغة: I = U / Z.

يسمح التدوين الرياضي للمكونات الرئيسية لقانون أوم بأرقام معقدة ببرمجة خوارزميات الأجهزة الإلكترونية المستخدمة للتحكم في العمليات التكنولوجية المعقدة التي تحدث باستمرار في نظام الطاقة وإدارتها.

جنبا إلى جنب مع الأعداد المركبة ، يتم استخدام الشكل التفاضلي لكتابة جميع النسب. إنه مناسب لتحليل الخصائص الموصلة للمواد.

يمكن لبعض العوامل الفنية أن تنتهك قانون أوم لدائرة كاملة. يشملوا:

• ترددات اهتزازية عالية عندما يبدأ تأثير زخم حاملات الشحنة. ليس لديهم الوقت للتحرك مع وتيرة التغيرات في المجال الكهرومغناطيسي ؛

• حالات الموصلية الفائقة لفئة معينة من المواد عند درجات حرارة منخفضة ؛

• زيادة تسخين الأسلاك الحالية بالتيار الكهربائي. عندما تفقد خاصية الجهد الحالي طابعها الخطي ؛

• تدمير طبقة العزل بسبب تفريغ الجهد العالي ؛

• وسط غاز أو أنابيب الإلكترون المفرغة ؛

• أجهزة وعناصر أشباه الموصلات.