חוק אוהם לקטע של מעגל
החוק הבסיסי של הנדסת חשמל שבו אתה יכול להשתמש כדי ללמוד ולחשב מעגלים חשמליים הוא חוק אוהם, הקובע את הקשר בין זרם, מתח והתנגדות. יש צורך להבין בבירור את מהותו ולהיות מסוגל להשתמש בו בצורה נכונה בפתרון בעיות מעשיות. טעויות נעשות לעתים קרובות בהנדסת חשמל עקב חוסר היכולת ליישם נכון את חוק אוהם.
חוק אוהם לקטע של מצבי מעגל אומר: הזרם הוא ביחס ישר למתח וביחס הפוך להתנגדות.
אם המתח הפועל במעגל חשמלי גדל פי כמה, הזרם במעגל זה יגדל באותה כמות. ואם תגדיל את ההתנגדות של המעגל מספר פעמים, הזרם יקטן באותה כמות. באותו אופן, זרימת המים בצינור היא גדולה יותר, ככל שהלחץ חזק יותר והתנגדות הצינור לתנועת המים קטנה יותר.
בצורה פופולרית ניתן לנסח חוק זה באופן הבא: ככל שהמתח לאותה התנגדות גבוה יותר, הזרם גבוה יותר, ובמקביל, ככל שההתנגדות לאותו מתח גבוהה יותר, כך עוצמת הזרם נמוכה יותר.
כדי לבטא את חוק אוהם בצורה מתמטית בצורה הפשוטה ביותר האפשרית, ההתנגדות של חוט הנושא זרם של 1 A במתח של 1 V נחשבת ל-1 אוהם.
זרם באמפר תמיד יכול להיקבע על ידי חלוקת המתח בוולט בהתנגדות באוהם. לכן, חוק אוהם לקטע של מעגל כתוב בנוסחה הבאה:
I = U / R.
משולש קסום
כל קטע או אלמנט של מעגל חשמלי יכולים להיות מאופיינים בשלושה מאפיינים: זרם, מתח והתנגדות.
כיצד להשתמש במשולש של אוהם: נסגור את הערך הנדרש - שני סמלים אחרים יתנו את הנוסחה לחישוב שלו. אגב, רק נוסחה אחת מהמשולש נקראת חוק אוהם - זו שמשקפת את תלות הזרם במתח ובהתנגדות. שתי הנוסחאות האחרות, למרות שהן תוצאות של זה, אינן הגיוניות פיזיות.
חישובים שנעשו באמצעות חוק אוהם עבור קטע מעגל יהיו נכונים כאשר המתח הוא בוולט, ההתנגדות היא באוהם והזרם הוא באמפר. אם משתמשים ביחידות מרובות של כמויות אלה (למשל, מיליאמפר, מילי-וולט, מגאוהם וכו'), יש להמיר אותן לאמפר, וולט ואוהם, בהתאמה. כדי להדגיש זאת, נוסחת חוק אוהם לקטע של מעגל נכתבת לפעמים כך:
אמפר = וולט / אוהם
ניתן גם לחשב זרם במיליאמפר ובמיקרואמפר, בעוד שהמתח צריך להתבטא בוולטים והתנגדות בקילוהם ובמגהאוהם, בהתאמה.
מאמרים נוספים על חשמל בצורה פשוטה ומשתלמת:
מהם מתח, זרם והתנגדות: כיצד הם משמשים בפועל
מקורות EMF וזרם: מאפיינים עיקריים והבדלים
חוק אוהם תקף לכל חלק במעגל. אם יש צורך לקבוע את הזרם בקטע נתון של המעגל, אז יש צורך לחלק את המתח הפועל בסעיף זה (איור 1) בהתנגדות של סעיף זה.
איור 1. יישום חוק אוהם על קטע מעגל
ניתן דוגמה לחישוב הזרם לפי חוק אוהם... יידרש לקבוע את הזרם במנורה עם התנגדות של 2.5 אוהם, אם המתח המופעל על המנורה הוא 5 V. מחלקים 5 V ב-2.5 אוהם, נקבל ערך של זרם השווה ל-2 A. בדוגמה השנייה, אנו קובעים את הזרם יזרום בהשפעת מתח של 500 V במעגל שהתנגדותו היא 0.5 MΩ. לשם כך, אנו מבטאים את ההתנגדות באוהם. מחלקים 500 וולט ב-500,000 אוהם, אנו מוצאים את הזרם במעגל, שהוא 0.001 A או 1 mA.
לעתים קרובות, בידיעת הזרם וההתנגדות, המתח נקבע באמצעות חוק אוהם. בוא נכתוב את הנוסחה לקביעת המתח
U = IR
נוסחה זו מראה שהמתח בקצוות של קטע נתון במעגל עומד ביחס ישר לזרם ולהתנגדות... לא קשה להבין את המשמעות של תלות זו.אם ההתנגדות של קטע המעגל לא משתנה, ניתן להגדיל את הזרם רק על ידי הגדלת המתח. זה אומר שבהתנגדות קבועה, זרם גדול יותר מתאים למתח גדול יותר. אם יש צורך להשיג את אותו זרם בהתנגדויות שונות, אז עם התנגדות גבוהה יותר חייב להיות מתח גבוה יותר בהתאם.
המתח על פני קטע של מעגל מכונה לעתים קרובות מפל המתח... זה מוביל לעתים קרובות לאי הבנות. אנשים רבים חושבים שנפילת מתח היא מתח מיותר מבוזבז. במציאות, המושגים של מתח ונפילת מתח שווים. הפסדים וירידות מתח - מה ההבדל?
ירידת מתח היא הירידה ההדרגתית בפוטנציאל על פני מעגל נושא זרם עקב העובדה שלמעגל יש התנגדות אקטיבית. לפי חוק אוהם, מפל המתח בכל קטע של מעגל U שווה למכפלת ההתנגדות של קטע זה של מעגל R בזרם שבו I, כלומר. U — RI. לפיכך, ככל שההתנגדות של קטע במעגל גדולה יותר, כך נפילת המתח בקטע זה של המעגל גדולה יותר עבור זרם נתון.
ניתן להציג את החישוב של מתח חוק אוהם בדוגמה הבאה. תן לזרם של 5 mA לעבור דרך קטע של המעגל עם התנגדות של 10 kOhm, ויש צורך לקבוע את המתח בקטע זה.
על ידי הכפלת A = 0.005 A ב- R — 10000 Ω, נקבל מתח השווה ל- 50 V. ניתן להשיג אותה תוצאה על ידי הכפלת 5 mA ב- 10 kΩ: U = 50 אינץ'
במכשירים אלקטרוניים, זרם מתבטא בדרך כלל במיליאמפר והתנגדות בקילואוהם.לכן, נוח להשתמש בדיוק ביחידות המידה הללו בחישובים לפי חוק אוהם.
חוק אוהם גם מחשב את ההתנגדות אם המתח והזרם ידועים. הנוסחה למקרה זה כתובה כך: R = U / I.
התנגדות היא תמיד היחס בין מתח לזרם. אם המתח גדל או מופחת במספר פעמים, הזרם יגדל או יקטן באותו מספר פעמים. יחס המתח-זרם השווה להתנגדות נשאר ללא שינוי.
אין להבין את הנוסחה לקביעת התנגדות כך שההתנגדות של מוליך נתון תלויה בזרם ובמתח. ידוע שזה תלוי באורך, בשטח החתך ובחומר של החוט. במראה, הנוסחה לקביעת ההתנגדות דומה לנוסחה לחישוב זרם, אך קיים הבדל מהותי ביניהם.
הזרם בקטע נתון של המעגל תלוי באמת במתח ובהתנגדות ומשתנה תוך כדי שינוי. וההתנגדות של קטע זה של המעגל היא ערך קבוע שאינו תלוי בשינויים במתח ובזרם, אלא שווה ליחס בין הערכים הללו.
כאשר אותו זרם זורם בשני חלקים של המעגל והמתחים המופעלים עליהם שונים, ברור שלקטע שאליו מופעל המתח הגדול יותר יש התנגדות גדולה יותר בהתאם.
ואם, תחת הפעולה של אותו מתח, זרם שונה זורם בשני חלקים שונים של המעגל, אז בקטע הזה תמיד יהיה זרם קטן יותר, שיש לו התנגדות גדולה יותר.כל זה נובע מהניסוח הבסיסי של חוק אוהם לקטע של מעגל, כלומר, מהעובדה שככל שהזרם גדול יותר, כך המתח גדול יותר וההתנגדות נמוכה יותר.
חישוב ההתנגדות באמצעות חוק אוהם לקטע של מעגל יוצג בדוגמה הבאה. יידרש למצוא את ההתנגדות של הקטע שדרכו זורם זרם של 50 mA במתח של 40 V. ביטוי הזרם באמפר, נקבל I = 0.05 A. נחלק 40 ב-0.05 ונגלה שההתנגדות היא 800 אוהם.
ניתן להמחיש את חוק אוהם בצורה של מה שנקרא מאפיין זרם-מתח... כידוע, הקשר הפרופורציונלי בין שתי כמויות הוא קו ישר העובר דרך המקור. תלות זו נקראת בדרך כלל ליניארית.
באיור. 2 מוצג כגרף לדוגמה של חוק אוהם עבור קטע מעגל עם התנגדות של 100 אוהם. הציר האופקי הוא המתח בוולט והציר האנכי הוא הזרם באמפר. ניתן לבחור את סולם הזרם והמתח כרצונך. נמשך קו ישר כך שלכל אחת מהנקודות שלו היחס בין מתח לזרם הוא 100 אוהם. לדוגמה, אם U = 50 V, אז I = 0.5 A ו-R = 50: 0.5 = 100 אוהם.
אורז. 2... חוק אוהם (מאפיין מתח זרם)
הגרף של חוק אוהם עבור ערכים שליליים של זרם ומתח זהה. זה מרמז שהזרם במעגל זורם באותו אופן בשני הכיוונים. ככל שההתנגדות גדולה יותר, כך מתקבל פחות זרם במתח נתון והקו הישר נע בזהירות רבה יותר.
מכשירים שבהם מאפיין הזרם-מתח הוא קו ישר העובר דרך נקודת ההתחלה, כלומר ההתנגדות נשארת קבועה כאשר המתח או הזרם משתנים, נקראים התקנים ליניאריים... משתמשים גם במונחים מעגלים ליניאריים, התנגדויות ליניאריות.
ישנם גם מכשירים בהם ההתנגדות משתנה כאשר המתח או הזרם משתנים. אז הקשר בין זרם ומתח בא לידי ביטוי לא לפי חוק אוהם, אלא בצורה מורכבת יותר. עבור מכשירים כאלה מאפיין המתח הזרם לא יהיה קו ישר העובר דרך נקודת ההתחלה, אלא הוא עקומה או קו מקווקו. מכשירים אלו נקראים לא ליניאריים.
ראה גם בנושא זה: יישום חוק אוהם בפועל
