Закон Ома

У 1827 р. німецький вчений Ом експериментально вивів закон, що вста­новлює залежність між трьома основними параметрами електричного кола: струмом, напругою та опором.

Закон Ома для всього кола формулюється в такий спосіб: сила струму в електричному колі прямо пропорційна величині ЕРС джерела й зворотно пропорційна повному опору кола:

I = E, (2.1)

де I - сила струму в колі, А; Е - ЕРС джерела, В; ЯП - повний опір кола, Ом.

Повний опір кола Rn являє собою суму опорів навантаження Ян (зовніш­ній опір кола), опору лінії ЯЛ (опір сполучних проводів) і внутрішнього опору джерела Я0 :

Яп = Ян + Ял + Яо. (2.2) Для окремої ділянки кола закон Ома має вигляд

I = U, (2.3) Я

де: I - сила струму на ділянці кола, А; U - напруга (падіння напруги) на цій ді­лянці, В; Я - електричний опір ділянки кола, Ом.

Режими роботи джерела постійного струму

Розглянемо характер зміни напруги на затискачах a і b джерела постійної напруги Е з внутрішнім опором Я0 залежно від величини навантаження ЯН (рис. 2.1).

Внаслідок того що ЕРС джерела (рис. 2.1) дорівнює сумі падінь напруги на зовнішньому ЯН і внутрішньому Я0 опорах ділянки кола

E = U + Uo, (2.4)

можемо записати

U = E - Uo. (2.5)

Користуючись законом Ома, величину внутрішнього падіння напруги на джерелі можемо виразити через струм навантаження ін і внутрішній опір дже­рела Ro:

Uo = ін Ro . (2.6)

Подпись:  а -0-

S

Подпись:

Uo

Ro

Після підстановки (2.6) у (2.5) матимемо

U = E - Ih Ro . (2.7)

Вираз (2.7) визначає залежність напруги на затискачах джерела від наван­таження, за умови, що величини ЕРС і внутрішнього опору джерела постійні.

Розглянемо можливі режими роботи джерела електричної енергії і харак­тер зміни величини його напруги при зміні навантаження.

2.2.1. Режим холостого ходу. Під режимом холостого ходу розуміють роботу джерела електричної енергії при відключеному навантаженні (рис. 2.1, ключ S розімкнутий). Тоді опір зовнішнього кола нескінченно великий (Rh = да) і струм у колі дорівнює нулю:

ін = E = —— = o. (2.8)

При цьому напруга холостого ходу Uxx на затискачах джерела буде:

Uxx = Е - o Ro = E, (2.9)

тобто напруга холостого ходу дорівнює ЕРС джерела. Отже вольтметр, підключе­ний до затискачів джерела, при холостому ході показує його електрорушійну силу.

2.2.2. Режим короткого замикання. Режим короткого замикання джере­ла виникає, коли величина опору навантаження практично дорівнює нулю (рис. 2.1, реостат Rh у верхньому положенні). Тоді опір електричного кола мі­німальний і дорівнює опору сполучних проводів (на схемі заміщення рис. 2.1 не

показані), а струм у колі досягає максимального значення, називаного струмом короткого замикання :

IK3 = -E- = —. (2.10)

При цьому напруга на затискачах джерела дорівнюватиме нулю:

U = ІЯн = I0 = 0,       (2.11)
а падіння напруги усередині джерела дорівнюватиме його ЕРС:

E = U + Uo = 0 + Uo = Uo.   (2.12)

Слід підкреслити, що режим короткого замикання для більшості джерел електричної енергії є неприпустимим (аварійним), тому що внутрішній опір джерел звичайно малий і виникаючий струм короткого замикання досягає знач­них величин. Це призводить до виходу з ладу джерела електричної енергії.

З метою захисту джерел електричної енергії від коротких замикань до ко­ла включають захисні пристрої (запобіжники, автоматичні вимикачі), які роз­микають коло у разі перевищення струмом допустимої величини.

2.2.3. Режим роботи на навантаження. Навантаженням джерела є будь-який споживач електричної енергії. Його опір RH визначає величину струму на­вантаження:

Ін = E . (2.13)

Чим опір навантаження менший, тим струм навантаження більший і, от­же, навантаження на джерело більше.

Із співвідношення (2.7) видно, що збільшення струму навантаження ви­кликає зменшення напруги на затискачах джерела. Ця залежність лінійна (оскі­льки величини ЕРС і внутрішнього опору джерела ми вважаємо постійними). Її графік наведений на рис. 2.2.

Точка А відповідає режиму холостого ходу: I = 0, U = E, U0 = 0.

Точка B відповідає режиму короткого замикання: I = Ікз, U = 0, U0 = E.

При будь-якому проміжному значенні струму навантаження , наприклад I1 або I2 на рис.2.2, напруга на затискачах джерела менша за його ЕРС на вели­чину падіння напруги усередині джерела:

U1 = E - U01 = E - І1- R0 ; U2 = E - U02 = E - h' R0 .

Таким чином, при зміні навантаження напруга, підведена до споживача, весь час змінюється, що в більшості випадків є небажаним. Щоб забезпечити мак­симальну стабільність напруги, треба домагатися мінімального внутрішнього опо­ру джерела, тоді при однакових межах зміни струму навантаження зміни напруги будуть меншими (рис. 2.2 - пунктирна лінія R0' < Я0).


Номінальний режим. Номінальний режим джерела характеризу­ється тим, що його напруга, струм і потужність відповідають тим значенням, які зазначені як номінальні у пасторті джерела. При цьому гарантуються най­кращі умови роботи (економічність, довговічність та ін.).

Величини, що визначають номінальний режим, вказують у паспорті або на щитку, прикріпленому до пристрою. Ці дані беруть за основу при розрахун­ках електричних схем.

Основними даними електротехнічних пристроїв є їхні номінальні напруги і струми: ин і /н. Номінальна напруга важлива для вибору ізоляції електрич­них проводів, а номінальний струм - для вибору їх перерізу за умов припус­тимого нагрівання.

Узгоджений режим. Узгодженим режимом джерела називають ре­жим, при якому він віддає у зовнішнє коло найбільшу потужність.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я