Legea lui Ohm pentru circuitul complet și pentru o porțiune de circuit: variante de scriere a formulei, descriere și explicație

Un electrician profesionist, un specialist în electronică nu poate ignora în activitatea sa legea lui Ohm, rezolvând orice sarcini legate de reglarea, ajustarea, repararea schemelor electronice și electrice.

De fapt, înțelegerea acestei legi este necesară fiecăruia. Deoarece fiecare, în viața de zi cu zi, are de-a face cu electricitatea.

Și deși legea fizicianului german Ohm este prevăzută în cursul școlar al învățământului secundar, în practică nu este întotdeauna studiată la timp. De aceea, vom aborda în materialul nostru o temă atât de actuală pentru viață și vom înțelege variantele de scriere a formulei.

Porțiune separată și circuit electric complet

Analizând circuitul electric din punctul de vedere al aplicării legii lui Ohm la schemă, trebuie menționate două variante posibile de calcul: pentru o porțiune luată separat și pentru o schemă completă.

Calculul curentului porțiunii de schemă electrică

Prin porțiune de circuit electric se consideră, de regulă, o parte a schemei care exclude sursa de tensiune electromotoare, ca având o rezistență internă suplimentară.

Prin urmare, formula de calcul, în acest caz, arată simplu:

I = U/ R,

Unde, respectiv:

• I – intensitatea curentului;
• U – tensiunea aplicată;
• R – rezistența.

Interpretarea formulei este simplă – curentul care curge printr-o anumită porțiune de circuit este proporțional cu tensiunea aplicată acestuia, iar rezistenței – invers proporțional.

Așa-numita „mușețel” grafic, prin care este prezentat întregul set de variații de formulări bazate pe legea lui Ohm. Un instrument convenabil de păstrare în buzunar: sectorul “P” – formulele de putere; sectorul “U” – formulele de tensiune; sectorul “I” – formulele de curent; sectorul “R” – formulele de rezistență

Astfel, formula descrie clar dependența curgerii curentului printr-o porțiune separată de circuit electric în raport cu anumite valori ale tensiunii și rezistenței.

Formula este ușor de utilizat, de exemplu, pentru a calcula parametrii rezistenței care trebuie lipită în circuit, atunci când sunt date tensiunea și curentul.

Legea lui Ohm și două consecințe pe care trebuie să le cunoască fiecare electromecanic profesionist, inginer electrician, electronist și toți cei implicați în funcționarea circuitelor electrice. De la stânga la dreapta: 1 – definirea curentului; 2 – definirea rezistenței; 3 – definirea tensiunii, unde I – intensitatea curentului, U – tensiunea, R – rezistența.

Figura de mai sus va ajuta să determinăm, de exemplu, curentul care trece printr-o rezistență de 10 ohmi, la care se aplică o tensiune de 12 volți. Înlocuind valorile, găsim – I = 12 / 10 = 1.2 amperi.

În mod similar se rezolvă problemele de găsire a rezistenței (când sunt cunoscuți curentul și tensiunea) sau a tensiunii (când sunt cunoscute tensiunea și curentul).

Astfel, se poate selecta întotdeauna tensiunea de lucru necesară, intensitatea curentului dorită și elementul rezistiv optim.

Formula propusă nu necesită luarea în considerare a parametrilor sursei de tensiune. Cu toate acestea, un circuit care conține, de exemplu, un acumulator, se va calcula după o altă formulă. În schemă: A – includerea ampermetrului; V – includerea voltmetrului.

Apropo, firele de legătură ale oricărui circuit sunt rezistențe. Mărimea sarcinii pe care acestea trebuie să o suporte este determinată de tensiune.

În consecință, folosind din nou legea lui Ohm, devine posibilă alegerea exactă a secțiunii necesare a conductorului, în funcție de materialul firului.

Pe site-ul nostru există o instrucțiune detaliată privind calculul secțiunii cablului în funcție de putere și curent.

Varianta de calcul pentru circuitul complet

Un circuit complet este format deja dintr-o porțiune (porțiuni) și de sursa de FEM. Adică, de fapt, la componenta rezistivă existentă a porțiunii de circuit se adaugă rezistența internă a sursei de FEM.

Prin urmare, este logică o anumită modificare a formulei analizate mai sus:

I = U / (R + r)

Desigur, valoarea rezistenței interne a FEM în legea lui Ohm pentru circuitul electric complet poate fi considerată neglijabilă, însă în mare măsură această valoare a rezistenței depinde de structura sursei de FEM.

Cu toate acestea, la calcularea schemelor electronice complexe, a circuitelor electrice cu mai mulți conductori, prezența unei rezistențe suplimentare este un factor important.

Pentru calcule în condițiile unui circuit electric complet, se ia întotdeauna în considerare valoarea rezistivă a sursei de tensiune electromotoare. Această valoare se adună cu rezistența rezistivă a circuitului electric propriu-zis. În schemă: I – trecerea curentului; R – element rezistiv extern; r – factor rezistiv al tensiunii electromotoare (sursa de energie).

Atât pentru o porțiune de circuit, cât și pentru schema completă, trebuie luat în considerare aspectul natural – utilizarea curentului de valoare constantă sau variabilă.

Dacă momentele menționate mai sus, caracteristice legii lui Ohm, au fost examinate din punctul de vedere al utilizării curentului continuu, atunci în ceea ce privește curentul alternativ, totul arată puțin diferit.

Examinarea aplicării legii la mărimea variabilă

Conceptul de „rezistență” în condițiile trecerii curentului alternativ trebuie considerat mai degrabă ca conceptul de „impedanță”. Aici se are în vedere combinația dintre sarcina activă rezistivă (Ra) și sarcina formată de rezistorul reactiv (Rr).

Astfel de fenomene sunt determinate de parametrii elementelor inductive și de legile comutației în raport cu mărimea variabilă a tensiunii – mărimea sinusoidală a curentului.

Așa se prezintă schema echivalentă a circuitului electric de curent alternativ pentru calcul, utilizând formulări bazate pe principiile legii lui Ohm: R – componenta rezistivă; C – componenta capacitivă; L – componenta inductivă; Tensiune electromotoare – sursa de energie; I – trecerea curentului.

Cu alte cuvinte, are loc efectul de avansare (întârziere) a valorilor curentului față de valorile tensiunii, ceea ce este însoțit de apariția puterii active (rezistive) și reactive (inductive sau capacitive).

Calculul unor astfel de fenomene se efectuează cu ajutorul formulei:

Z = U / I sau Z = R + J * (X_L – X_C)

unde: Z – impedanță; R – sarcină activă; X_L , X_C – sarcină inductivă și capacitivă; J – coeficient.

Conectarea în serie și în paralel a elementelor

Pentru elementele circuitului electric (porțiunea de circuit), un aspect caracteristic este conexiunea serie sau paralelă.

În consecință, fiecare tip de conexiune este însoțit de un caracter diferit al curgerii curentului și al aplicării tensiunii. În acest sens, legea lui Ohm se aplică, de asemenea, în mod diferit, în funcție de varianta de conectare a elementelor.

Circuitul elementelor rezistive conectate în serie

În ceea ce privește conexiunea serie (porțiunea de circuit cu două componente), se utilizează formularea:

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

Această formulare demonstrează clar că, indiferent de numărul componentelor rezistive conectate în serie, curentul care circulă pe porțiunea de circuit nu își modifică valoarea.

Conectarea elementelor rezistive într-o porțiune de circuit în serie unul cu altul. Pentru această variantă se aplică propria lege de calcul. În schemă: I, I1, I2 – trecerea curentului; R1, R2 – elemente rezistive; U, U1, U2 – tensiunea aplicată

Valoarea tensiunii aplicate componentelor rezistive active ale schemei este suma și constituie în ansamblu valoarea sursei de t.e.m.

În acest caz, tensiunea pe fiecare componentă în parte este: Ux = I * Rx.

Rezistența totală trebuie considerată ca suma valorilor nominale ale tuturor componentelor rezistive ale circuitului.

Circuitul elementelor rezistive conectate în paralel

În cazul în care are loc conectarea în paralel a componentelor rezistive, se consideră valabilă formularea referitoare la legea fizicianului german Ohm:

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

Nu sunt excluse variantele de alcătuire a porțiunilor de circuit de tip «mixt», când se utilizează conexiunea paralelă și în serie.

Conectarea elementelor rezistive pe o porțiune de circuit în paralel unul cu altul. Pentru această variantă se aplică propria lege de calcul. În schemă: I, I1, I2 – trecerea curentului; R1, R2 – elemente rezistive; U – tensiunea aplicată; A, B – puncte de intrare/ieșire

Pentru astfel de variante, calculul se efectuează de obicei prin calcularea inițială a valorii nominale rezistive a conexiunii în paralel. Apoi, la rezultatul obținut se adaugă valoarea nominală a rezistorului conectat în serie.

Formele integrală și diferențială ale legii

Toate punctele menționate mai sus privind calculele sunt aplicabile condițiilor în care în componența schemelor electrice se utilizează conductori, ca să zicem, de structură «omogenă».

Între timp, în practică, de multe ori ne întâlnim cu construirea de scheme în care pe diferite porțiuni structura conductoarelor se schimbă. De exemplu, se utilizează fire de secțiune mai mare sau, dimpotrivă, mai mică, fabricate din materiale diferite.

Pentru a ține cont de astfel de diferențe, există o variație a așa-numitei «legi lui Ohm diferențial-integrale». Pentru un conductor infinitezimal, se calculează nivelul densității de curent în funcție de intensitatea câmpului și de valoarea conductivității specifice.

Pentru calculul diferențial se ia formula: J = ό * E

Pentru calculul integral, respectiv, formularea: I * R = φ1 – φ2 + έ   

Cu toate acestea, aceste exemple sunt mai degrabă apropiate de matematica superioară și în practica reală a unui electrician simplu nu se aplică de fapt.

Concluzii și material video util pe această temă

O analiză detaliată a legii lui Ohm în videoclipul prezentat mai jos va ajuta la consolidarea definitivă a cunoștințelor în această direcție.

Un videoclip educațional deosebit susține calitativ expunerea teoretică scrisă:

Activitatea unui electrician sau a unui electronist este indisolubil legată de momentele în care se observă efectiv legea lui Georg Ohm în acțiune. Sunt niște adevăruri fundamentale pe care fiecare profesionist ar trebui să le cunoască.

Nu sunt necesare cunoștințe voluminoase pe această temă – este suficient să învățați cele trei variante principale ale formulării pentru a le aplica cu succes în practică.

Doriți să completați materialul prezentat mai sus cu observații valoroase sau să vă exprimați opinia? Vă rugăm să scrieți comentarii în blocul de sub articol. Dacă aveți întrebări, nu ezitați să le adresați experților noștri.