Ley de Ohm para una cadena completa y para una sección de una cadena: opciones de fórmula, descripción y explicación

Para circuito cerrado

Un circuito cerrado significa una conexión eléctrica cerrada a través de la cual circula corriente. Cuando hay una serie de cables que se conectan entre sí y completan el circuito de manera que van de un extremo al otro del círculo, será un circuito cerrado.

EMF (E) - denotado y medido en voltios y se refiere al voltaje generado por una batería o fuerza magnética de acuerdo con la ley de Faraday, que establece que un campo magnético variable en el tiempo inducirá una corriente eléctrica.

Entonces: E = IR + Ir

mi \u003d yo (r + r)

Yo \u003d E / (R + r)

Donde: r es la resistencia de la fuente de corriente.

Esta expresión se conoce como la ley de Ohm de los circuitos de lazo cerrado.

Cadena heterogénea

Sección separada y circuito eléctrico completo

La ley de Ohm, aplicada a una sección o al circuito completo, se puede considerar en dos opciones de cálculo:

• Sección corta separada. Es parte de un circuito sin una fuente EMF.
• Una cadena completa que consta de una o más secciones. Esto también incluye una fuente EMF con su propia resistencia interna.

Cálculo de la sección actual del circuito eléctrico.

En este caso, se aplica la fórmula básica I \u003d U / R, en la que I es la intensidad de corriente, U es el voltaje, R es la resistencia. Según ella, se puede formular la interpretación generalmente aceptada de la ley de Ohm:

Esta formulación es la base de muchas otras fórmulas presentadas sobre la denominada "manzanilla" en el diseño gráfico. En el sector P, se determina la potencia, en los sectores I, U y R, se llevan a cabo acciones relacionadas con la intensidad de la corriente, el voltaje y la resistencia.

Cada expresión, tanto básica como adicional, le permite calcular los parámetros exactos de los elementos destinados a su uso en el circuito.

Los especialistas que trabajan con circuitos eléctricos realizan una determinación rápida de cualquiera de los parámetros utilizando el método del triángulo que se muestra en la figura.

Los cálculos deben tener en cuenta la resistencia de los conductores que conectan los elementos de la sección. Dado que están hechos de diferentes materiales, este parámetro será diferente en cada caso.Si es necesario formar un circuito completo, la fórmula principal se complementa con los parámetros de una fuente de voltaje, por ejemplo, una batería.

Opción de cálculo para una cadena completa

Un circuito completo consta de secciones individuales, combinadas en un solo todo junto con una fuente de voltaje (EMF). Así, la resistencia existente de las secciones se complementa con la resistencia interna de la fuente conectada. Por lo tanto, la interpretación principal discutida anteriormente será la siguiente: I = U / (R + r). Aquí, ya se ha agregado el indicador resistivo (r) de la fuente EMF.

Desde el punto de vista de la física pura, este indicador se considera un valor muy pequeño. Sin embargo, en la práctica, al calcular circuitos y circuitos complejos, los especialistas se ven obligados a tenerlo en cuenta, ya que la resistencia adicional afecta la precisión del trabajo. Además, la estructura de cada fuente es muy heterogénea, como resultado, la resistencia en algunos casos puede expresarse en tasas bastante altas.

Los cálculos anteriores se realizan en relación con los circuitos de CC. Las acciones y cálculos con corriente alterna se realizan de acuerdo con un esquema diferente.

El efecto de la ley sobre una variable.

Con corriente alterna, la resistencia del circuito será la llamada impedancia, que consta de resistencia activa y carga resistiva reactiva. Esto se debe a la presencia de elementos con propiedades inductivas y un valor de corriente sinusoidal. El voltaje también es una variable que actúa de acuerdo con sus leyes de conmutación.

Por lo tanto, un circuito de CA según la ley de Ohm se calcula teniendo en cuenta efectos específicos: adelanto o atraso de la magnitud de la corriente del voltaje, así como la presencia de potencia activa y reactiva.A su vez, la reactancia incluye componentes inductivos o capacitivos.

Todos estos fenómenos corresponderán a la fórmula Z \u003d U / I o Z \u003d R + J * (XL - XC), en la que Z es la impedancia; R - carga activa; XL, XC - cargas inductivas y capacitivas; J es el factor de corrección.

Fuente EMF en un circuito completo

Para la ocurrencia de corriente eléctrica en un circuito cerrado, este circuito debe contener al menos un elemento especial en el cual se realizará el trabajo de transferencia de cargas entre sus polos. Las fuerzas que transportan cargas en el interior de este elemento lo hacen en contra del campo eléctrico, por lo que su naturaleza debe ser diferente a la eléctrica. Por lo tanto, tales fuerzas se denominan de terceros.

Arroz. 1. Fuerzas externas en física.

Un elemento de un circuito eléctrico en el que trabajan fuerzas externas para transferir cargas contra la acción de un campo eléctrico se denomina fuente de corriente. Su característica principal es la magnitud de las fuerzas externas. Para caracterizarlo, se introduce una medida especial: la fuerza electromotriz (EMF), se denota con la letra $\mathscr{E}$.

El valor de la FEM de la fuente de corriente es igual a la relación de fuerzas externas para la transferencia de carga al valor de esta carga:

$$\mathscr{E}={A_{st}\over q}$$

Dado que el significado de EMF es muy similar al significado de voltaje eléctrico (recuerde, el voltaje es la relación entre el trabajo realizado por el campo eléctrico que transporta la carga y el valor de esta carga), entonces EMF, como el voltaje, se mide en Voltios:

$$1B={J\overCl}$$

La segunda característica eléctrica más importante de una fuente de corriente real es su resistencia interna.Cuando las cargas se transfieren entre los terminales, interactúan con la sustancia de la fuente EMF y, por lo tanto, la fuente de corriente eléctrica también presenta cierta resistencia. La resistencia interna, como la resistencia ordinaria, se mide en ohmios, pero se denota con la letra latina minúscula $r$.

Arroz. 2. Ejemplos de fuentes actuales.

R - resistencia eléctrica

La resistencia es el recíproco del voltaje y se puede comparar con el efecto de mover un cuerpo contra el movimiento del agua. La unidad de R es Om, que se denota con la letra griega mayúscula Omega.

El recíproco de la resistencia (1/R) se conoce como conductividad y mide la capacidad de un objeto para conducir una carga, expresada en unidades Siemens.

La cantidad geométricamente independiente utilizada se llama resistividad y generalmente se denota con el símbolo griego r.

Información Adicional. La ley de Ohm ayuda a establecer tres indicadores importantes del funcionamiento de la red eléctrica, lo que simplifica el cálculo de la potencia. No es aplicable a redes unilaterales con elementos como diodos, transistores y similares. Y tampoco es aplicable a elementos no lineales, de los cuales los tiristores son ejemplos, ya que el valor de resistencia de estos elementos cambia con diferentes voltajes y corrientes dados.

A frecuencias más altas, el comportamiento distribuido se vuelve dominante. Lo mismo sucede con las líneas eléctricas muy largas. Incluso a una frecuencia tan baja como 60 Hz, una línea de transmisión muy larga, como 30 km, tiene una naturaleza distribuida. La razón principal es que las señales eléctricas efectivas que se propagan en los circuitos son ondas electromagnéticas, no voltios y amperios, que son infectados por una onda electromagnética.Los conductores simplemente actúan como guías para las ondas. Entonces, por ejemplo, un cable coaxial mostrará Z = 75 ohmios, incluso si su resistencia de CC es insignificante.

La ley de Ohm es la ley fundamental de la ingeniería eléctrica. Tiene un gran número de aplicaciones prácticas en todos los circuitos eléctricos y componentes electrónicos.

Los ejemplos más comunes de la aplicación de la ley de Ohm:

1. La potencia suministrada al calentador eléctrico. Dada la resistencia de la bobina del calentador y el voltaje aplicado, se puede calcular la potencia suministrada a ese calentador.
2. Elección de fusibles. Son componentes de protección que se conectan en serie con dispositivos electrónicos. Los fusibles/CB están clasificados en amperios. La clasificación actual del fusible se calcula utilizando la ley de Ohm.
3. Diseño de dispositivos electrónicos. Los dispositivos electrónicos, como computadoras portátiles y teléfonos móviles, requieren una fuente de alimentación de CC con una clasificación de corriente específica. Las baterías típicas de los teléfonos móviles requieren de 0,7 a 1 A. Se utiliza una resistencia para controlar la tasa de corriente que fluye a través de estos componentes. La ley de Ohm se usa para calcular la corriente nominal en un circuito típico.

En un momento, las conclusiones de Ohm se convirtieron en un catalizador para nuevas investigaciones en el campo de la electricidad, y hoy no han perdido su importancia, ya que la ingeniería eléctrica moderna se basa en ellas. En 1841, Om recibió el mayor honor de la Royal Society, la Medalla Copley, y el término "Om" fue reconocido como una unidad de resistencia ya en 1872.

Sección no uniforme del circuito de CC

Una estructura heterogénea tiene una sección del circuito donde, además de los conductores y elementos, hay una fuente de corriente. Su EMF debe tenerse en cuenta al calcular la fuerza de corriente total en esta área.

Existe una fórmula que define los principales parámetros y procesos de un sitio heterogéneo: q = q0 x n x V. Sus indicadores se caracterizan de la siguiente manera:

• En el proceso de mover cargas (q), adquieren una cierta densidad. Su rendimiento depende de la intensidad de la corriente y del área de la sección transversal del conductor (S).
• En condiciones de cierta concentración (n), es posible indicar con precisión el número de unidades de carga (q0) que se movieron en un solo período de tiempo.
• Para los cálculos, el conductor se considera condicionalmente una sección cilíndrica con cierto volumen (V).

Al conectar el conductor a la batería, esta última se descargará después de un tiempo. Es decir, el movimiento de los electrones se ralentiza gradualmente y, al final, se detiene por completo. Esto se ve facilitado por la red molecular del conductor, que contrarresta la colisión de electrones entre sí y con otros factores. Para superar tal resistencia, se deben aplicar adicionalmente ciertas fuerzas de terceros.

Durante los cálculos, estas fuerzas se suman a las de Coulomb. Además, para trasladar una unidad de carga q del 1° punto al 2°, será necesario realizar el trabajo A1-2 o simplemente A12. Para ello, se crea una diferencia de potencial (ϕ1 - ϕ2). Bajo la acción de una fuente de corriente continua, surge un EMF que mueve cargas a lo largo del circuito. La magnitud del esfuerzo total consistirá en todas las fuerzas mencionadas anteriormente.

La polaridad de la conexión al suministro de CC debe tenerse en cuenta en los cálculos. Cuando se cambian los terminales, el EMF también cambiará, acelerando o ralentizando el movimiento de cargas.

Conexión serie y paralelo de elementos.

Para elementos de un circuito eléctrico (sección de un circuito), un momento característico es una conexión en serie o en paralelo.

En consecuencia, cada tipo de conexión va acompañada de una naturaleza diferente del flujo de corriente y del suministro de tensión. Por esta razón, la ley de Ohm también se aplica de diferentes maneras, dependiendo de la opción de incluir elementos.

Una cadena de elementos resistivos conectados en serie

Con respecto a una conexión en serie (sección de un circuito con dos componentes), se utiliza la redacción:

• yo = yo₁ = yo₂ ;
• tu = tu₁ + tu₂ ;
• R=R₁ + R₂

Esta formulación demuestra claramente que, independientemente del número de componentes resistivos conectados en serie, la corriente que fluye en una sección del circuito no cambia de valor.

Conexión de elementos resistivos en una sección de circuito en serie entre sí. Esta opción tiene su propia ley de cálculo. En el diagrama: I, I1, I2 - flujo de corriente; R1, R2 - elementos resistivos; U, U1, U2 - voltaje aplicado

La cantidad de voltaje aplicado a los componentes resistivos activos del circuito es la suma y suma el valor de la fuente EMF.

En este caso, el voltaje en cada componente individual es: Ux = I * Rx.

La resistencia total debe considerarse como la suma de los valores de todos los componentes resistivos del circuito.

Una cadena de elementos resistivos conectados en paralelo

En el caso de que exista una conexión en paralelo de componentes resistivos, la formulación se considera justa con respecto a la ley del físico alemán Ohm:

• yo = yo₁ + yo₂ … ;
• tu = tu₁ = tu₂ … ;
• 1/R = 1/R₁ + 1 / R₂ + …

Las opciones para compilar secciones de circuito de tipo "mixto" no están excluidas cuando se utilizan conexiones en paralelo y en serie.

La conexión de elementos resistivos en una sección de circuito en paralelo entre sí. Para esta opción se aplica su propia ley de cálculo. En el diagrama: I, I1, I2 - flujo de corriente; R1, R2 - elementos resistivos; U - voltaje aplicado; A, B - puntos de entrada / salida

Para tales opciones, el cálculo generalmente se lleva a cabo mediante el cálculo inicial de la clasificación resistiva de la conexión en paralelo. Luego se suma al resultado el valor de la resistencia conectada en serie.

Formas integrales y diferenciales del derecho

Todos los puntos anteriores con cálculos son aplicables a las condiciones en las que los conductores de una estructura "homogénea", por así decirlo, se utilizan como parte de los circuitos eléctricos.

Mientras tanto, en la práctica, a menudo hay que lidiar con la construcción de un esquema, donde la estructura de los conductores cambia en diferentes áreas. Por ejemplo, se utilizan alambres de mayor sección transversal o, por el contrario, más pequeños hechos a base de diferentes materiales.

Para tener en cuenta tales diferencias, existe una variación de la llamada "ley de Ohm diferencial-integral". Para un conductor infinitamente pequeño, el nivel de densidad de corriente se calcula en función de la intensidad y el valor de la conductividad.

Bajo el cálculo diferencial, se toma la fórmula: J = ό * E

Para el cálculo integral, respectivamente, la formulación: I * R = φ1 - φ2 + έ

Sin embargo, estos ejemplos están bastante más cerca de la escuela de matemáticas superiores y en realidad no se utilizan en la práctica real de un simple electricista.

Comprender la corriente y la resistencia.

Comencemos con el concepto de corriente eléctrica. En resumen, la corriente eléctrica en relación con los metales es el movimiento dirigido de electrones, partículas cargadas negativamente. Suelen representarse como pequeños círculos.En un estado de calma, se mueven al azar, cambiando constantemente de dirección. Bajo ciertas condiciones, la aparición de una diferencia de potencial, estas partículas comienzan un cierto movimiento en alguna dirección. Este movimiento es la corriente eléctrica.

Para que quede más claro, podemos comparar electrones con agua derramada sobre algún plano. Mientras el avión está parado, el agua no se mueve. Pero, tan pronto como apareció una pendiente (surgió una diferencia de potencial), el agua comenzó a moverse. Es lo mismo con los electrones.

Así se puede imaginar una corriente eléctrica

Ahora necesitamos entender qué es la resistencia y por qué tienen retroalimentación con la intensidad de la corriente: cuanto mayor es la resistencia, menor es la corriente. Como sabes, los electrones se mueven a través de un conductor. Por lo general, estos son cables de metal, ya que los metales tienen una buena capacidad para conducir electricidad. Sabemos que el metal tiene una red cristalina densa: muchas partículas que están cerca e interconectadas. Los electrones, al abrirse paso entre los átomos de metal, chocan con ellos, lo que les dificulta moverse. Esto ayuda a ilustrar la resistencia que ejerce un conductor. Ahora queda claro por qué cuanto mayor es la resistencia, menor es la intensidad de la corriente: cuantas más partículas, más difícil es para los electrones superar el camino, lo hacen más lentamente. Esto parece haberse solucionado.

Si desea probar esta dependencia empíricamente, encuentre una resistencia variable, conecte en serie una resistencia, un amperímetro, una fuente de corriente (batería). También es deseable insertar un interruptor en el circuito, un interruptor de palanca común.

Circuito para probar la dependencia de la corriente en la resistencia.

Girando la perilla de la resistencia cambia la resistencia.Al mismo tiempo, las lecturas del amperímetro, que mide la intensidad de la corriente, también cambian. Además, cuanto mayor es la resistencia, menos se desvía la flecha, menos corriente. Cuanto menor es la resistencia, más se desvía la flecha: la corriente es mayor.

La dependencia de la corriente con respecto a la resistencia es casi lineal, es decir, se refleja en el gráfico como una línea casi recta. ¿Por qué casi? Esto debería discutirse por separado, pero esa es otra historia.

Ley de Ohm para corriente alterna

Al calcular circuitos de CA, en lugar del concepto de resistencia, se introduce el concepto de "impedancia". La impedancia se denota con la letra Z, incluye la resistencia activa de la carga R_a y reactancia X (o R_r). Esto se debe a la forma de la corriente sinusoidal (y corrientes de cualquier otra forma) y los parámetros de los elementos inductivos, así como las leyes de conmutación:

1. La corriente en un circuito inductivo no puede cambiar instantáneamente.
2. El voltaje en un circuito con una capacitancia no puede cambiar instantáneamente.

Así, la corriente comienza a atrasarse o adelantarse al voltaje, y la potencia aparente se divide en activa y reactiva.

U=I/Z

X_L y X_C son los componentes reactivos de la carga.

En este sentido, se introduce el valor cosФ:

Aquí - Q - potencia reactiva debida a corriente alterna y componentes inductivos-capacitivos, P - potencia activa (disipada en componentes activos), S - potencia aparente, cosФ - factor de potencia.

Es posible que haya notado que la fórmula y su representación se cruzan con el teorema de Pitágoras. Esto es cierto y el ángulo Ф depende de qué tan grande sea el componente reactivo de la carga: cuanto más grande es, más grande es. En la práctica, esto conduce al hecho de que la corriente que realmente fluye en la red es mayor que la que tiene en cuenta un medidor doméstico, mientras que las empresas pagan por la potencia total.

En este caso, la resistencia se presenta en forma compleja:

Aquí j es una unidad imaginaria, que es típica de la forma compleja de las ecuaciones. Menos comúnmente conocido como i, pero en ingeniería eléctrica, el valor efectivo de la corriente alterna también se denota, por lo tanto, para no confundirse, es mejor usar j.

La unidad imaginaria es √-1. Es lógico que no exista tal número al elevar al cuadrado, lo que puede resultar en un resultado negativo de "-1".

Cuando se cumple la ley de Ohm

Crear las condiciones ideales no es fácil. Incluso en conductores puros, la resistencia eléctrica varía con la temperatura. Su disminución minimiza la actividad de las moléculas de la red cristalina, lo que simplifica el movimiento de cargas libres. A cierto nivel de "congelación" se produce el efecto de la superconductividad. El efecto contrario (deterioro de la conductividad) se observa cuando se calienta.

Al mismo tiempo, los electrolitos, los metales y ciertos tipos de cerámica retienen la resistencia eléctrica independientemente de la densidad de corriente. La estabilidad de los parámetros manteniendo un cierto régimen de temperatura permite aplicar las fórmulas de la ley de Ohm sin correcciones adicionales.

Los materiales semiconductores y los gases se caracterizan por una resistencia eléctrica variable. Este parámetro se ve significativamente afectado por la intensidad de la corriente en el volumen de control. Para calcular las características de rendimiento, se deben aplicar métodos de cálculo especializados.

Si se considera corriente alterna, se corrige el método de cálculo. En este caso habrá que tener en cuenta la presencia de componentes reactivos. Con la naturaleza resistiva de la resistencia, es posible aplicar las tecnologías de cálculo consideradas en base a las fórmulas de la ley de Ohm.

Leyes de Kirchhoff.

Distribución
corrientes en las ramas del circuito eléctrico
cumple la primera ley de Kirchhoff,
y la distribución de esfuerzos sobre las secciones
cadena obedece la segunda ley de Kirchhoff.

leyes de Kirchhoff
junto con la ley de Ohm son los principales
en la teoría de los circuitos eléctricos.

El primero
Ley de Kirchhoff:

Algebraico
la suma de las corrientes en el nodo es cero:

_i
= 0 (19)

Dónde
i
es el número de ramas que convergen en un nodo dado.

es decir sumatoria
se extiende a las corrientes en las ramas,
que convergen en lo considerado
nodo.

Figura 17. Ilustración
a la primera ley de Kirchhoff.

Número
ecuaciones compiladas de acuerdo con la primera
La ley de Kirchhoff está determinada por la fórmula:

nup
= Nu
– 1,

Dónde
Nu
es el número de nodos en la cadena considerada.

Señales de corrientes en
las ecuaciones se toman teniendo en cuenta las seleccionadas
dirección positiva. Señales en
las corrientes son las mismas si las corrientes son las mismas
orientado en relación con este
nodo.

Por ejemplo,
para el nodo que se muestra en la Fig. 17:
asignamos signos a las corrientes que fluyen hacia el nodo
"+", y a las corrientes que fluyen desde el nodo - signos
«-».

Entonces la ecuación
de acuerdo con la primera ley de Kirchhoff, se escribirá
Asi que:

yo₁
- YO₂
+ yo₃
- YO₄
= 0.

ecuaciones,
compilado de acuerdo con la primera ley de Kirchhoff,
se denominan nodos.

Este
la ley expresa el hecho de que en el nodo
la carga electrica no se acumula
y no se consume. La cantidad de electricidad
los cargos que ingresan al sitio son iguales a la suma
cargas dejando el nodo en uno y el mismo
mismo lapso de tiempo.

Segundo
Ley de Kirchhoff:

Algebraico
suma de fem en cualquier circuito cerrado
cadena es igual a la suma algebraica de las caídas
voltaje en los elementos de este circuito:

Ui
= 
ei

IiRi=Ei(20)

Dónde
i
- número de elemento (resistencia o
fuente de voltaje) en el considerado
contorno.

**Número
ecuaciones compiladas de acuerdo con el segundo
La ley de Kirchhoff está determinada por la fórmula:

nup
= Nb
- Nu
+ 1 – Ned.s.

Dónde
Nótese bien
- el número de ramas del circuito eléctrico;

Nu
— número de nodos;

Ned.s.
es el número de fuentes fem ideales.

Figura 18. Ilustración
a la segunda ley de Kirchhoff.

Para,
escribir correctamente la segunda ley
Kirchhoff para un contorno dado, sigue
cumplir con las siguientes reglas:

1. arbitrariamente
   seleccione la dirección de la derivación del contorno,
   por ejemplo, en el sentido de las agujas del reloj (Fig. 18).

2. fem
   y caídas de voltaje que coinciden
   en la dirección con la dirección seleccionada
   bypass se escriben en una expresión con
   signo "+"; si e.f.s. y caída de voltaje
   no coincide con la dirección
   contorno, entonces van precedidos de un signo
   «-».

Por ejemplo,
para el contorno de la Fig. 18, la segunda ley de Kirchhoff
se escribirá de la siguiente manera:

tu₁
– tu₂
+ tu₃
=E₁
-MI₃
-MI₄
(21)

La ecuación (20) puede ser
reescribir como:

 (u
– Ei)
= 0 (22)

Dónde
(tú
– mi)
- tensión en la rama.

Como consecuencia,
La segunda ley de Kirchhoff se puede formular
de la siguiente manera:

Algebraico
la suma de los voltajes en las ramas en cualquier
lazo cerrado es cero.

Potencial
el diagrama discutido anteriormente sirve
interpretación gráfica de la segunda
Ley de Kirchhoff.

Tarea número 1.

A
al circuito de la Fig. 1 se le dan corrientes I₁
y yo₃,
resistencia y fem Determinar corrientes
yo₄,
yo₅,
yo₆
; tensión entre los puntos a
y B
si yo₁
= 10 mA,
yo₃
= -20mA,
R₄
= 5kOhm,
mi₅
= 20B,
R₅
= 3kOhm,
mi₆
= 40B,
R₆
= 2kOhm.

Figura 1

Solución:

1. Para una dada
   contorno, componemos dos ecuaciones de acuerdo con
   La primera ley de Kirchhoff y una -según
   segundo. Dirección del contorno
   indicado por una flecha.

A
como resultado de la solución obtenemos: I₆
= 0; yo₄
= 10 mA;
yo₅
= -10mA

1. pedir
   dirección del voltaje entre puntos
   a
   y B
   desde el punto "a"
   al punto "b"
   — tu_abdominales.
   Este voltaje se puede encontrar a partir de la ecuación
   Segunda ley de Kirchhoff:

yo₄R₄
+ tu_abdominales
+ yo₆R₆
= 0

tu_abdominales
= - 50V.

Tarea número 2.

Para
diagramas en la Fig. 2 elaborar ecuaciones de acuerdo con
Las leyes de Kirchhoff y determinar las incógnitas.
puntos.

Dado:
yo₁
= 20mA;
yo₂
= 10mA

R₁
= 5kOhm,
R₃
= 4kOhm,
R₄
= 6kOhm,
R₅
= 2kOhm,
R₆
= 4kΩ.

Figura 2

Solución:

Número de nodos
ecuaciones - 3, el número de ecuaciones de contorno
– 1.

¡Recuerda!
Al compilar la ecuación de acuerdo con el segundo
Ley de Kirchhoff, elegimos el contorno, en
que no incluye las fuentes actuales.
La dirección del contorno se indica en la figura.

A
de este circuito, las corrientes de las ramas I₁
y yo₂.
Desconocido
corrientes
yo₃,
yo₄,
yo₅,
yo₆.

decidir
sistema, obtenemos: I₃
= 13,75mA;
yo₄
= -3,75mA;
yo₅
= 6,25mA;
yo₆
= 16,25 mA.

Conceptos básicos

La corriente eléctrica fluye cuando un circuito cerrado permite que los electrones se muevan de un potencial alto a uno más bajo en el circuito. En otras palabras, la corriente requiere una fuente de electrones que tenga la energía para ponerlos en movimiento, así como un punto de retorno de las cargas negativas, que se caracteriza por su deficiencia. Como fenómeno físico, la corriente en un circuito se caracteriza por tres magnitudes fundamentales:

• Voltaje;
• fuerza actual;
• la resistencia de un conductor a través del cual se mueven los electrones.

Fuerza y ​​tensión

La intensidad de la corriente (I, medida en amperios) es el volumen de electrones (carga) que se mueve a través de un lugar en el circuito por unidad de tiempo. En otras palabras, la medida I es la determinación del número de electrones en movimiento.

Es importante entender que el término se refiere solo al movimiento: las cargas estáticas, por ejemplo, en los terminales de una batería desconectada, no tienen un valor medible de I. La corriente que fluye en una dirección se llama directa (CC), y el cambio periódico de dirección se denomina alternancia (AC). El voltaje puede ser ilustrado por un fenómeno como la presión, o como la diferencia en la energía potencial de los objetos bajo la influencia de la gravedad.

Para crear este desequilibrio, primero debes gastar energía, que se realizará en movimiento bajo las circunstancias apropiadas. Por ejemplo, en la caída de una carga desde una altura, se realiza un trabajo para levantarla, en baterías galvánicas, la diferencia de potencial en los terminales se forma debido a la conversión de energía química, en generadores, como resultado de la exposición a un campo electromagnético

El estrés puede ser ilustrado por un fenómeno como la presión, o como la diferencia en la energía potencial de los objetos bajo la influencia de la gravedad. Para crear este desequilibrio, primero debes gastar energía, que se realizará en movimiento bajo las circunstancias apropiadas. Por ejemplo, en la caída de una carga desde una altura, se realiza el trabajo de levantarla, en baterías galvánicas, la diferencia de potencial en los terminales se forma debido a la conversión de energía química, en generadores, como resultado de la exposición a un campo electromagnetico.

Resistencia del conductor

No importa cuán bueno sea un conductor ordinario, nunca permitirá que los electrones pasen sin cierta resistencia a su movimiento. Es posible considerar la resistencia como un análogo de la fricción mecánica, aunque esta comparación no será perfecta.Cuando la corriente fluye a través de un conductor, alguna diferencia de potencial se convierte en calor, por lo que siempre habrá una caída de voltaje en la resistencia. Los calentadores eléctricos, secadores de pelo y otros dispositivos similares están diseñados únicamente para disipar energía eléctrica en forma de calor.

La resistencia simplificada (indicada como R) es una medida de cuánto se retarda el flujo de electrones en un circuito. Se mide en ohmios. La conductividad de una resistencia u otro elemento está determinada por dos propiedades:

• geometría;
• material.

La forma es de suma importancia, como se desprende de la analogía hidráulica: empujar el agua a través de una tubería larga y estrecha es mucho más difícil que empujar el agua a través de una corta y ancha. Los materiales juegan un papel decisivo. Por ejemplo, los electrones pueden moverse libremente en un alambre de cobre, pero no pueden fluir a través de aislantes como el caucho, independientemente de su forma. Además de la geometría y el material, existen otros factores que afectan la conductividad.

interpretación de la ley de Ohm

Para garantizar el movimiento de las cargas, debe cerrar el circuito. En ausencia de energía adicional, la corriente no puede existir durante mucho tiempo. Los potenciales se volverán rápidamente iguales. Para mantener el modo de funcionamiento del circuito, se necesita una fuente adicional (generador, batería).

El circuito completo contendrá la resistencia eléctrica total de todos los componentes. Para cálculos precisos, se tienen en cuenta las pérdidas en los conductores, los elementos resistivos y una fuente de alimentación.

La cantidad de voltaje que se debe aplicar para una cierta intensidad de corriente se calcula mediante la fórmula:

U=I*R.

Del mismo modo, con la ayuda de las relaciones consideradas, se determinan otros parámetros del circuito.

Conexión en paralelo y en serie

En electricidad, los elementos se conectan en serie, uno tras otro, o en paralelo; esto es cuando varias entradas se conectan a un punto y las salidas de los mismos elementos se conectan a otro.

Ley de Ohm para conexión en serie y en paralelo

conexión en serie

¿Cómo funciona la ley de Ohm para estos casos? Cuando se conectan en serie, la corriente que fluye a través de la cadena de elementos será la misma. El voltaje de una sección de un circuito con elementos conectados en serie se calcula como la suma de los voltajes en cada sección. ¿Cómo se puede explicar esto? El flujo de corriente a través de un elemento es la transferencia de parte de la carga de una parte a otra. Quiero decir, es algo de trabajo. La magnitud de este trabajo es la tensión. Este es el significado físico del estrés. Si esto está claro, seguimos adelante.

Conexión en serie y parámetros de esta sección del circuito.

Cuando se conectan en serie, es necesario transferir la carga a su vez a través de cada elemento. Y en cada elemento, este es un cierto "volumen" de trabajo. Y para encontrar la cantidad de trabajo en toda la sección de la cadena, debe sumar el trabajo en cada elemento. Entonces resulta que el voltaje total es la suma de los voltajes en cada uno de los elementos.

De la misma manera, con la ayuda de la suma, también se encuentra la resistencia total de la sección del circuito. ¿Cómo puedes imaginarlo? La corriente que fluye a través de la cadena de elementos vence secuencialmente todas las resistencias. Uno a uno. Es decir, para encontrar la resistencia que venció, es necesario sumar las resistencias. Más o menos así. La derivación matemática es más complicada y es más fácil entender el mecanismo de esta ley.

Coneccion paralela

Una conexión en paralelo es cuando los inicios de los conductores/elementos convergen en un punto, y en otro se conectan sus extremos. Intentaremos explicar las leyes que son válidas para compuestos de este tipo. Comencemos con la corriente. Se suministra una corriente de cierta magnitud al punto de conexión de los elementos. Se separa, fluyendo a través de todos los conductores. De esto concluimos que la corriente total en la sección es igual a la suma de las corrientes en cada uno de los elementos: I = I1 + I2 + I3.

Ahora para el voltaje. Si el voltaje es trabajo para mover una carga, entonces el trabajo que se necesita para mover una carga será el mismo en cualquier elemento. Es decir, el voltaje en cada elemento conectado en paralelo será el mismo. U=U1=U2=U3. No es tan divertido y visual como en el caso de la explicación de la ley de Ohm para un tramo de cadena, pero se puede entender.

Leyes para la conexión en paralelo

Para la resistencia, las cosas son un poco más complicadas. Introduzcamos el concepto de conductividad. Esta es una característica que indica cuán fácil o difícil es que una carga pase a través de este conductor. Está claro que cuanto menor sea la resistencia, más fácil será que pase la corriente. Por lo tanto, la conductividad - G - se calcula como el recíproco de la resistencia. En la fórmula, se ve así: G = 1/R.

¿Por qué hablamos de conductividad? Porque la conductividad total de una sección con una conexión en paralelo de elementos es igual a la suma de la conductividad de cada una de las secciones. G = G1 + G2 + G3 - fácil de entender. La facilidad con la que la corriente superará este nodo de elementos paralelos depende de la conductividad de cada uno de los elementos. Entonces resulta que necesitan ser doblados.

Ahora podemos pasar a la resistencia. Dado que la conductividad es el recíproco de la resistencia, podemos obtener la siguiente fórmula: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3.

¿Qué nos da una conexión en paralelo y en serie?

El conocimiento teórico es bueno, pero ¿cómo aplicarlo en la práctica? Los elementos de cualquier tipo se pueden conectar en paralelo y en serie. Pero consideramos solo las fórmulas más simples que describen elementos lineales. Los elementos lineales son resistencias, que también se denominan "resistencias". Así es como puedes usar lo que has aprendido:

Si no hay una resistencia de gran valor disponible, pero hay varias más pequeñas, la resistencia deseada se puede obtener conectando varias resistencias en serie. Como puede ver, esta es una técnica útil.
Para prolongar la vida útil de las baterías, se pueden conectar en paralelo. En este caso, el voltaje, según la ley de Ohm, seguirá siendo el mismo (puede asegurarse midiendo el voltaje con un multímetro). Y la “vida útil” de una batería dual será mucho mayor que la de dos elementos que se reemplazarán entre sí

Solo tenga en cuenta: solo las fuentes de alimentación con el mismo potencial se pueden conectar en paralelo. Es decir, no se puede conectar una batería agotada y una nueva.

Si sigues conectado, la batería que tenga mayor carga tenderá a cargar una menos cargada. Como resultado, su carga total caerá a un valor bajo.

En general, estos son los usos más comunes de estos compuestos.

Fuente EMF ideal

La fuerza electromotriz (E) es una cantidad física que determina el grado de influencia de las fuerzas externas sobre el movimiento en un circuito cerrado de portadores de carga. En otras palabras, la fuerza con la que la corriente tiende a fluir a través del conductor dependerá de la FEM.

Al explicar fenómenos tan incomprensibles, a los maestros de escuelas domésticas les gusta recurrir al método de las analogías hidráulicas.Si un conductor es una tubería y la corriente eléctrica es la cantidad de agua que fluye a través de ella, entonces la EMF es la presión que desarrolla una bomba para bombear fluido.

El término fuerza electromotriz está relacionado con un concepto como voltaje. Ella, EMF, también se mide en voltios (unidad - "V"). Cada fuente de energía, ya sea una batería, un generador o un panel solar, tiene su propia fuerza electromotriz. A menudo, este EMF está cerca del voltaje de salida (U), pero siempre un poco menos que él. Esto es causado por la resistencia interna de la fuente, en la cual cae inevitablemente parte del voltaje.

Por esta razón, la fuente ideal de EMF es más bien un concepto abstracto o un modelo físico que no tiene cabida en el mundo real, porque la resistencia interna de la batería Rin, aunque muy baja, sigue siendo diferente del cero absoluto.

Fuente ideal y real de fem

en forma diferencial

La fórmula se presenta muy a menudo en forma diferencial, ya que el conductor suele ser heterogéneo y será necesario descomponerlo en las secciones más pequeñas posibles. La corriente que lo atraviesa está asociada con la magnitud y la dirección, por lo que se considera una cantidad escalar. Siempre que se encuentre la corriente resultante a través de un alambre, se toma la suma algebraica de todas las corrientes individuales. Dado que esta regla solo se aplica a cantidades escalares, la corriente también se toma como una cantidad escalar. Se sabe que la corriente dI = jdS pasa por la sección. El voltaje en él es igual a Edl, luego, para un cable con una sección transversal constante y la misma longitud, la relación será cierta:

forma diferencial

Por tanto, la expresión de la corriente en forma vectorial será: j = E.

¡Importante! En el caso de los conductores metálicos, la conductividad disminuye al aumentar la temperatura, mientras que en los semiconductores aumenta. La ley de Omov no demuestra proporcionalidad estricta

La resistencia de un gran grupo de metales y aleaciones desaparece a una temperatura cercana al cero absoluto, y el proceso se denomina superconductividad.