Oma likums pilnai ķēdei un ķēdes posmam: formulas pieraksta varianti, apraksts un skaidrojums

Profesionālam elektriķim, elektronikas speciālistam savā darbībā neiztikt bez Oma likuma, risinot jebkurus uzdevumus, kas saistīti ar elektronisko un elektrisko shēmu regulēšanu, konfigurēšanu, remontu.

Patiesībā šī likuma izpratne ir nepieciešama ikvienam. Jo ikvienam sadzīvē nākas saskarties ar elektrību.

Lai arī vidusskolas mācību kursā ir paredzēts vācu fiziķa Oma likums, praksē tas ne vienmēr tiek savlaicīgi apgūts. Tāpēc mūsu materiālā apskatīsim šo dzīvē aktuālo tēmu un izpratīsim formulas pieraksta variantus.

Atsevišķs posms un pilna elektriskā ķēde

Aplūkojot elektrisko ķēdi no Oma likuma piemērošanas shēmai viedokļa, jāatzīmē divi iespējamie aprēķina varianti: atsevišķam posmam un pilnai shēmai.

Strāvas aprēķins elektriskās shēmas posmam

Par elektriskās ķēdes posmu parasti uzskata shēmas daļu, kas izslēdz EDS avotu, kam piemīt papildu iekšējā pretestība.

Tāpēc aprēķina formula šajā gadījumā izskatās vienkārši:

I = U/ R,

Kur attiecīgi:

• I – strāvas stiprums;
• U – pieliktais spriegums;
• R – pretestība.

Formulas interpretācija ir vienkārša – strāva, kas plūst caur kādu ķēdes posmu, ir proporcionāla tam pieliktajam spriegumam un apgriezti proporcionāla pretestībai.

Tā sauktā grafiskā «kumelīte», caur kuru tiek attēlots viss Oma likumā balstīto formulējumu variantu kopums. Ērts instruments kabatas lietošanai: sektors “P” – jaudas formulas; sektors “U” – sprieguma formulas; sektors “I” – strāvas formulas; sektors “R” – pretestības formulas

Tādējādi formula skaidri apraksta strāvas plūsmas atkarību atsevišķā elektriskās ķēdes posmā attiecībā pret noteiktām sprieguma un pretestības vērtībām.

Formulu ir ērti lietot, piemēram, aprēķinot pretestības parametrus, kas shēmā jāievieto, ja ir doti spriegums un strāva.

Oma likums un divi secinājumi, kas jāpārvalda ikvienam profesionālam elektromehāniķim, elektroinženierim, elektroniķim un visiem, kas saistīti ar elektrisko ķēžu darbu. No kreisās uz labo: 1 – strāvas definīcija; 2 – pretestības definīcija; 3 – sprieguma definīcija, kur I – strāvas stiprums, U – spriegums, R – pretestība.

Iepriekš redzamais attēls palīdzēs noteikt, piemēram, strāvu, kas plūst caur 10 omu pretestību, kurai ir pievadīts 12 voltu spriegums. Ievietojot vērtības, iegūstam – I = 12 / 10 = 1.2 ampēri.

Līdzīgi tiek risināti uzdevumi par pretestības noteikšanu (kad ir zināmi strāva un spriegums) vai sprieguma noteikšanu (kad ir zināmi spriegums un strāva).

Tādējādi vienmēr ir iespējams izvēlēties nepieciešamo darba spriegumu, vajadzīgo strāvas stiprumu un optimālo pretestības elementu.

Formula, kuru ieteikts lietot, neprasa ņemt vērā sprieguma avota parametrus. Tomēr shēma, kas satur, piemēram, akumulatoru, tiks aprēķināta pēc citas formulas. Shēmā: A – ampērmetra iekļaušana; V – voltmetra iekļaušana.

Starp citu, jebkuras shēmas savienojošie vadi ir pretestības. Slodzes lielumu, kas tiem būs jānes, nosaka spriegums.

Attiecīgi, atkal izmantojot Oma likumu, kļūst iespējama precīza nepieciešamā vadītāja šķērsgriezuma izvēle atkarībā no dzīslas materiāla.

Mūsu vietnē ir detalizēta instrukcija par kabeļa šķērsgriezuma aprēķināšanu pēc jaudas un strāvas.

Aprēķina variants pilnai ķēdei

Pilnvērtīgu ķēdi veido jau posms (posmi), kā arī EDS avots. Tas nozīmē, ka faktiski esošajam ķēdes posma pretestības komponentam tiek pievienota EDS avota iekšējā pretestība.

Tāpēc loģiski ir nedaudz mainīt iepriekš aplūkoto formulu:

I = U / (R + r)

Protams, EDS iekšējās pretestības vērtību Oma likumā pilnīgai elektriskajai ķēdei var uzskatīt par niecīgi mazu, taču lielā mērā šī pretestības vērtība ir atkarīga no EDS avota struktūras.

Tomēr, aprēķinot sarežģītas elektroniskās shēmas, elektriskās ķēdes ar daudziem vadītājiem, papildu pretestības esamība ir svarīgs faktors.

Aprēķiniem pilnvērtīgas elektriskās ķēdes apstākļos vienmēr tiek ņemta vērā EML avota pretestības vērtība. Šī vērtība tiek summēta ar pašas elektriskās ķēdes pretestību. Shēmā: I – strāvas plūsma; R – ārējais pretestības elements; r – EML (enerģijas avota) pretestības faktors.

Gan ķēdes posmam, gan pilnīgai shēmai jāņem vērā dabiskais aspekts – pastāvīgas vai mainīgas lieluma strāvas izmantošana.

Ja iepriekš minētie Oma likumam raksturīgie aspekti tika aplūkoti no pastāvīgas strāvas izmantošanas viedokļa, tad ar mainīgo strāvu viss izskatās nedaudz savādāk.

Likuma darbības apskats attiecībā uz mainīgu lielumu

Jēdziens «pretestība» mainīgās strāvas plūsmas apstākļos vairāk jāapskata kā jēdziens «impedance». Šeit ir domāta aktīvās pretestības slodzes (Ra) un slodzes, ko veido reaktīvais rezistors (Rr), kombinācija.

Šādas parādības ir noteiktas ar induktīvo elementu parametriem un komutācijas likumiem attiecībā uz mainīgo sprieguma lielumu – sinusoidālo strāvas lielumu.

Šāda redzama mainīgās strāvas elektriskās ķēdes ekvivalenta shēma aprēķinam, izmantojot formulējumus, kas izriet no Oma likuma principiem: R – pretestības komponente; C – kapacitīvā komponente; L – induktīvā komponente; EML - enerģijas avots; I - strāvas plūsma

Citiem vārdiem, notiek strāvas vērtību apsteigšanas (nokavēšanās) efekts attiecībā pret sprieguma vērtībām, ko pavada aktīvās (pretestības) un reaktīvās (induktīvās vai kapacitīvās) jaudas rašanās.

Šādu parādību aprēķins tiek veikts, izmantojot formulu:

Z = U / I vai Z = R + J * (X_L – X_C)

kur: Z – impedance; R – aktīvā slodze; X_L , X_C – induktīvā un kapacitīvā slodze; J – koeficients.

Elementu virknes un paralēlais slēgums

Elektriskās ķēdes elementiem (ķēdes posmam) raksturīgais moments ir virknes vai paralēlais savienojums.

Attiecīgi katrs savienojuma veids tiek pavadīts ar atšķirīgu strāvas plūsmas raksturu un sprieguma padevi. Šajā ziņā Oma likums tiek piemērots atšķirīgi atkarībā no elementu iekļaušanas varianta.

Virknē ieslēgtu rezistīvu elementu ķēde

Attiecībā uz virknes savienojumu (ķēdes posmu ar diviem komponentiem) tiek izmantots formulējums:

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

Šāds formulējums skaidri parāda, ka neatkarīgi no virknē savienoto pretestības komponentu skaita, strāva, kas plūst ķēdes posmā, nemaina savu vērtību.

Rezistīvo elementu savienojums shēmas posmā virknē viens ar otru. Šim variantam ir spēkā savs aprēķina likums. Shēmā: I, I1, I2 – strāvas plūsma; R1, R2 – rezistīvie elementi; U, U1, U2 – pieliktais spriegums

Sprieguma lielums, kas pielikts shēmas darbojošajiem rezistīvajiem komponentiem, ir summa un kopumā veido EML avota vērtību.

Turklāt spriegums uz katra atsevišķā komponenta ir vienāds: Ux = I * Rx.

Kopējā pretestība ir jāskata kā visu ķēdes rezistīvo komponentu nominālu summa.

Paralēli ieslēgtu rezistīvu elementu ķēde

Gadījumā, kad notiek rezistīvo komponentu paralēla ieslēgšana, par taisnīgu attiecībā uz vācu fiziķa Oma likumu tiek uzskatīts formulējums:

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

Netiek izslēgti varianti, kā veidot «jauktā» veida shēmas posmus, kad tiek izmantots paralēlais un virknes savienojums.

Rezistīvo elementu savienojums ķēdes posmā paralēli viens ar otru. Šim variantam tiek piemērots savs aprēķina likums. Shēmā: I, I1, I2 – strāvas plūsma; R1, R2 – rezistīvie elementi; U – pievadītais spriegums; A, B – ieejas/izejas punkti

Šādiem variantiem aprēķins parasti tiek veikts, vispirms aprēķinot paralēlā savienojuma rezistīvo nominālu. Pēc tam iegūtajam rezultātam tiek pievienots virknē ieslēgtā rezistora nomināls.

Likuma integrālā un diferenciālā forma

Visi iepriekšminētie aprēķinu momenti ir piemērojami apstākļiem, kad elektrisko shēmu sastāvā tiek izmantoti «viendabīgas» struktūras vadītāji.

Tikmēr praksē bieži nākas saskarties ar shēmas izveidi, kur dažādos posmos vadītāju struktūra mainās. Piemēram, tiek izmantoti lielāka šķērsgriezuma vadi vai, gluži pretēji, mazāka, kas izgatavoti no dažādiem materiāliem.

Lai ņemtu vērā šādas atšķirības, pastāv tā sauktā «Oma diferenciāli integrālā likuma» variācija. Bezgalīgi mazam vadītājam tiek aprēķināts strāvas blīvuma līmenis atkarībā no intensitātes un īpatnējās vadītspējas lieluma.

Diferenciālajam aprēķinam tiek ņemta formula: J = ό * E

Integrālajam aprēķinam attiecīgi formulējums: I * R = φ1 – φ2 + έ

Tomēr šie piemēri jau drīzāk ir tuvāk augstākās matemātikas skolai un reālajā vienkārša elektriķa praksē faktiski netiek pielietoti.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Detalizēts Oma likuma apskats videoklipā, kas parādīts zemāk, palīdzēs galīgi nostiprināt zināšanas šajā virzienā.

Savdabīgs video nodarbība kvalitatīvi pastiprina teorētisko rakstisko izklāstu:

Elektriķa darbs vai elektroniķa darbība ir neatņemami saistīta ar brīžiem, kad reāli nākas vērot Georga Oma likumu darbībā. Tās ir sava veida patiesības, kas būtu jāzina ikvienam profesionālim.

Plašas zināšanas par šo jautājumu nav nepieciešamas – pietiek apgūt trīs galvenās formulējuma variācijas, lai tās veiksmīgi pielietotu praksē.

Vai vēlaties papildināt iepriekš izklāstīto materiālu ar vērtīgiem komentāriem vai izteikt savu viedokli? Lūdzu, rakstiet komentārus blokā zem raksta. Ja jums ir palikuši jautājumi, nevilcinieties uzdot tos mūsu ekspertiem.