Hukum Ohm untuk rangkaian lengkap

Dalam teknik elektro ada istilah: bagian dan sirkuit penuh.

Situs tersebut disebut:

• bagian dari rangkaian listrik di dalam sumber arus atau tegangan;

• seluruh rangkaian eksternal atau internal elemen listrik yang terhubung ke sumber atau bagiannya.

Istilah «sirkuit lengkap» digunakan untuk merujuk pada sirkuit dengan semua sirkuit terpasang, termasuk:

• sumber;

• pengguna;

• menghubungkan kabel.

Definisi semacam itu membantu menavigasi sirkuit dengan lebih baik, memahami karakteristiknya, menganalisis pekerjaan, mencari kerusakan dan malfungsi. Mereka tertanam dalam hukum Ohm, yang memungkinkan Anda menyelesaikan pertanyaan yang sama untuk mengoptimalkan proses kelistrikan untuk kebutuhan manusia.

Penelitian mendasar Georg Simon Ohm berlaku untuk hampir semua bagian sirkuit atau skema lengkap.

Bagaimana Hukum Ohm bekerja untuk rangkaian DC lengkap

Sebagai contoh, mari kita ambil sel galvanik, yang populer disebut baterai, dengan beda potensial U antara anoda dan katoda. Kami menghubungkan bola lampu dengan filamen ke terminalnya, yang memiliki resistansi resistif sederhana R.

Arus I = U / R yang diciptakan oleh pergerakan elektron dalam logam akan mengalir melalui filamen. Sirkuit yang dibentuk oleh kabel baterai, kabel penghubung, dan bohlam mengacu pada bagian luar sirkuit.

Arus juga akan mengalir di bagian internal antara elektroda baterai. Pembawanya akan menjadi ion bermuatan positif dan negatif. Elektron akan tertarik ke katoda dan ion positif akan ditolak darinya ke anoda.

Dengan cara ini, muatan positif dan negatif menumpuk di katoda dan anoda, dan perbedaan potensial tercipta di antara keduanya.

Pergerakan lengkap ion dalam elektrolit terhambat resistansi internal bateraiditandai dengan «r». Ini membatasi keluaran arus ke sirkuit eksternal dan mengurangi dayanya ke nilai tertentu.

Di rangkaian lengkap rangkaian, arus mengalir melalui rangkaian dalam dan luar, mengatasi resistansi total R + r dari dua bagian secara seri. Nilainya dipengaruhi oleh gaya yang diterapkan pada elektroda, yang disebut elektromotif atau singkatnya EMF dan dilambangkan dengan indeks «E».

Nilainya dapat diukur dengan voltmeter di terminal baterai tanpa beban (tanpa sirkuit eksternal). Dengan beban yang terhubung di tempat yang sama, voltmeter menunjukkan tegangan U. Dengan kata lain: tanpa beban pada terminal baterai, besaran U dan E sama, dan ketika arus mengalir melalui sirkuit eksternal, U < E.

Gaya E membentuk pergerakan muatan listrik dalam rangkaian lengkap dan menentukan nilainya I = E / (R + r).

Ekspresi matematis ini mendefinisikan hukum Ohm untuk rangkaian DC lengkap. Tindakannya diilustrasikan lebih detail di sisi kanan gambar.Ini menunjukkan bahwa seluruh rangkaian lengkap terdiri dari dua rangkaian arus yang terpisah.

Dapat juga dilihat bahwa di dalam baterai, bahkan ketika beban rangkaian eksternal dimatikan, partikel bermuatan bergerak (arus pelepasan sendiri) dan oleh karena itu konsumsi logam yang tidak perlu terjadi di katoda. Energi baterai, karena hambatan internal, dihabiskan untuk memanaskan dan menghilang ke lingkungan, dan seiring waktu menghilang begitu saja.

Praktik menunjukkan bahwa pengurangan resistansi internal r dengan metode konstruktif tidak dapat dibenarkan secara ekonomi karena biaya produk akhir yang meningkat tajam dan self-discharge yang agak tinggi.

kesimpulan

Untuk menjaga efisiensi baterai, baterai harus digunakan hanya untuk tujuan yang dimaksudkan, menghubungkan sirkuit eksternal secara eksklusif selama periode operasi.

Semakin tinggi resistansi beban yang terhubung, semakin lama masa pakai baterai. Oleh karena itu, lampu xenon dengan filamen pijar dengan konsumsi arus lebih rendah daripada yang diisi nitrogen dengan fluks bercahaya yang sama memastikan masa pakai sumber energi yang lebih lama.

Saat menyimpan elemen galvanik, aliran arus antara kontak sirkuit eksternal harus dikecualikan dengan isolasi yang andal.

Jika resistansi sirkuit eksternal R baterai secara signifikan melebihi nilai internal r, itu dianggap sebagai sumber tegangan, dan ketika hubungan terbalik terpenuhi, itu adalah sumber arus.

Bagaimana Hukum Ohm digunakan untuk rangkaian AC lengkap

Sistem kelistrikan AC adalah yang paling umum di industri kelistrikan.Dalam industri ini, mereka mencapai hasil yang sangat besar dengan menyalurkan listrik melalui saluran listrik.

Dengan bertambahnya panjang saluran transmisi, hambatan listriknya meningkat, yang menciptakan pemanasan kabel dan meningkatkan hilangnya energi untuk transmisi.

Pengetahuan tentang hukum Ohm membantu para insinyur listrik untuk mengurangi biaya pengangkutan listrik yang tidak perlu. Untuk melakukan ini, mereka menggunakan perhitungan komponen kehilangan daya di kabel.

Perhitungan didasarkan pada nilai daya aktif yang dihasilkan P = E ∙ I, yang harus ditransfer secara kualitatif ke konsumen jarak jauh dan mengatasi hambatan total:

• r internal pada generator;

• R luar kabel.

Besarnya EMF di terminal generator ditentukan sebagai E = I ∙ (r + R).

Kerugian daya Pp untuk mengatasi hambatan rangkaian lengkap akan dinyatakan dengan rumus yang ditunjukkan pada gambar.

Dapat dilihat dari itu bahwa konsumsi daya meningkat sebanding dengan panjang / hambatan kabel dan dimungkinkan untuk menguranginya selama pengangkutan daya dengan meningkatkan EMF generator atau tegangan saluran. Metode ini digunakan dengan memasukkan trafo step-up pada rangkaian di ujung generator saluran listrik dan trafo step-down pada titik penerima gardu listrik.

Namun, metode ini terbatas:

• kompleksitas perangkat teknis untuk menangkal terjadinya pelepasan koroner;

• kebutuhan untuk menjauhkan dan mengisolasi saluran listrik dari permukaan bumi;

• peningkatan energi radiasi saluran udara di ruang angkasa (munculnya efek antena).

Karakteristik operasi hukum Ohm dalam rangkaian arus bolak-balik sinusoidal

Pengguna modern tegangan tinggi industri dan tenaga listrik tiga fase / fase tunggal rumah tangga tidak hanya menciptakan beban aktif, tetapi juga beban reaktif dengan karakteristik induktif atau kapasitif yang jelas. Mereka menyebabkan pergeseran fasa antara vektor tegangan yang diberikan dan arus yang mengalir di sirkuit.

Dalam hal ini, untuk notasi matematis fluktuasi waktu harmonik, gunakan bentuk kompleksdan grafik vektor digunakan untuk representasi spasial. Arus yang ditransmisikan melalui saluran listrik dicatat dengan rumus: I = U / Z.

Notasi matematis dari komponen utama hukum Ohm dengan bilangan kompleks memungkinkan pemrograman algoritma perangkat elektronik yang digunakan untuk mengontrol dan mengelola proses teknologi kompleks yang terus-menerus terjadi dalam sistem tenaga.

Seiring dengan bilangan kompleks, bentuk penulisan diferensial semua rasio digunakan. Lebih mudah untuk menganalisis sifat konduktif bahan.

Beberapa faktor teknis dapat melanggar hukum Ohm untuk rangkaian lengkap. Mereka termasuk:

• frekuensi getaran tinggi ketika momentum pembawa muatan mulai mempengaruhi. Mereka tidak punya waktu untuk bergerak mengikuti laju perubahan medan elektromagnetik;

• keadaan superkonduktivitas dari kelas zat tertentu pada suhu rendah;

• peningkatan pemanasan kabel arus oleh arus listrik. ketika karakteristik arus-tegangan kehilangan karakter liniernya;

• penghancuran lapisan insulasi dengan pelepasan tegangan tinggi;

• media tabung elektron gas atau vakum;

• perangkat dan elemen semikonduktor.