Loi d'Ohm pour un circuit complet

En génie électrique, il existe des termes: section et circuit complet.

Le site s'appelle :

• partie d'un circuit électrique à l'intérieur d'une source de courant ou de tension ;

• l'ensemble du circuit externe ou interne des éléments électriques connectés à la source ou une partie de celui-ci.

Le terme « circuit complet » est utilisé pour désigner un circuit avec tous les circuits assemblés, y compris :

• sources;

• utilisateurs;

• fils de connexion.

De telles définitions permettent de mieux naviguer dans les circuits, de comprendre leurs caractéristiques, d'analyser les travaux, de rechercher les avaries et dysfonctionnements. Ils sont intégrés dans la loi d'Ohm, qui vous permet de résoudre les mêmes questions pour optimiser les processus électriques pour les besoins humains.

La recherche fondamentale de Georg Simon Ohm s'applique à pratiquement tous partie du circuit ou le schéma complet.

Comment fonctionne la loi d'Ohm pour un circuit DC complet

Par exemple, prenons une cellule galvanique, communément appelée batterie, avec une différence de potentiel U entre l'anode et la cathode. Nous connectons une ampoule avec un filament à ses bornes, qui a une simple résistance résistive R.

Un courant I = U/R créé par le mouvement des électrons dans le métal va traverser le filament. Le circuit formé par les fils de la batterie, les fils de connexion et l'ampoule fait référence à la partie externe du circuit.

Le courant circulera également dans la section interne entre les électrodes de la batterie. Ses porteurs seront des ions chargés positivement et négativement. Les électrons seront attirés vers la cathode et les ions positifs seront repoussés vers l'anode.

De cette manière, des charges positives et négatives s'accumulent sur la cathode et l'anode, et une différence de potentiel se crée entre elles.

Le mouvement complet des ions dans l'électrolyte est entravé résistance interne de la batteriemarqué d'un « r ». Il limite la sortie de courant vers le circuit externe et réduit sa puissance à une certaine valeur.

Dans le circuit complet du circuit, le courant traverse les circuits intérieur et extérieur, surmontant la résistance totale R + r des deux sections en série. Sa valeur est influencée par la force appliquée aux électrodes, appelée électromotrice ou EMF en abrégé et désignée par l'indice «E».

Sa valeur peut être mesurée avec un voltmètre aux bornes de la batterie sans charge (pas de circuit extérieur). Avec une charge connectée au même endroit, le voltmètre indique la tension U. En d'autres termes : sans charge sur les bornes de la batterie, U et E correspondent en amplitude, et lorsque le courant traverse le circuit externe, U < E.

La force E forme le mouvement des charges électriques dans un circuit complet et détermine sa valeur I = E / (R + r).

Cette expression mathématique définit la loi d'Ohm pour un circuit DC complet. Son action est illustrée plus en détail sur le côté droit de l'image.Il montre que l'ensemble du circuit complet est constitué de deux circuits de courant séparés.

On constate également qu'à l'intérieur de la batterie, même lorsque la charge du circuit externe est éteinte, les particules chargées se déplacent (courant d'autodécharge) et donc une consommation inutile de métal se produit à la cathode. L'énergie de la batterie, due à la résistance interne, est dépensée pour chauffer et se dissiper dans l'environnement, et avec le temps, elle disparaît tout simplement.

La pratique montre que la réduction de la résistance interne r par des méthodes constructives n'est pas économiquement justifiée en raison des coûts en forte augmentation du produit final et de son autodécharge plutôt élevée.

conclusions

Pour maintenir l'efficacité de la batterie, elle doit être utilisée uniquement aux fins prévues, en connectant le circuit externe exclusivement pour la période de fonctionnement.

Plus la résistance de la charge connectée est élevée, plus la durée de vie de la batterie est longue. Par conséquent, les lampes au xénon avec un filament incandescent avec une consommation de courant inférieure à celles remplies d'azote avec le même flux lumineux garantissent une durée de vie plus longue des sources d'énergie.

Lors du stockage d'éléments galvaniques, le passage de courant entre les contacts du circuit externe doit être exclu par une isolation fiable.

Dans le cas où la résistance du circuit externe R de la batterie dépasse de manière significative la valeur interne r, elle est considérée comme une source de tension, et lorsque la relation inverse est remplie, c'est une source de courant.

Comment la loi d'Ohm est utilisée pour un circuit AC complet

Les systèmes électriques à courant alternatif sont les plus courants dans l'industrie électrique.Dans cette industrie, ils atteignent des longueurs énormes en transportant l'électricité sur des lignes électriques.

Lorsque la longueur de la ligne de transmission augmente, sa résistance électrique augmente, ce qui crée un échauffement des fils et augmente la perte d'énergie pour la transmission.

La connaissance de la loi d'Ohm a aidé les ingénieurs électriciens à réduire les coûts inutiles de transport de l'électricité. Pour ce faire, ils ont utilisé le calcul de la composante de la puissance dissipée dans les fils.

Le calcul est basé sur la valeur de la puissance active produite P = E ∙ I, qui doit être transférée qualitativement aux consommateurs éloignés et surmonter la résistance totale :

• r interne au générateur ;

• R extérieur des fils.

L'amplitude de la FEM aux bornes du générateur est déterminée par E = I ∙ (r + R).

La perte de puissance Pp pour surmonter la résistance du circuit complet sera exprimée par la formule indiquée sur l'image.

On peut en déduire que la consommation électrique augmente proportionnellement à la longueur / résistance des fils et il est possible de les réduire lors du transport de puissance en augmentant la FEM du générateur ou la tension de ligne. Cette méthode est utilisée en incluant des transformateurs élévateurs dans le circuit à l'extrémité générateur de la ligne électrique et des transformateurs abaisseurs au point de réception des sous-stations électriques.

Cependant, cette méthode est limitée :

• la complexité des dispositifs techniques pour contrecarrer la survenue de décharges coronariennes ;

• la nécessité d'éloigner et d'isoler les lignes électriques de la surface de la terre ;

• augmentation de l'énergie du rayonnement des lignes aériennes dans l'espace (apparition de l'effet d'antenne).

Caractéristiques du fonctionnement de la loi d'Ohm dans les circuits à courant alternatif sinusoïdal

Les utilisateurs modernes de haute tension industrielle et d'électricité domestique triphasée / monophasée créent non seulement des charges actives, mais également réactives avec des caractéristiques inductives ou capacitives prononcées. Ils conduisent à un déphasage entre les vecteurs des tensions appliquées et les courants circulant dans le circuit.

Dans ce cas, pour la notation mathématique des fluctuations temporelles des harmoniques, utilisez forme complexeet des graphiques vectoriels sont utilisés pour la représentation spatiale. Le courant transmis par la ligne électrique est enregistré par la formule : I = U / Z.

La notation mathématique des principales composantes de la loi d'Ohm avec des nombres complexes permet de programmer les algorithmes des dispositifs électroniques utilisés pour contrôler et gérer des processus technologiques complexes se produisant constamment dans le système électrique.

Avec les nombres complexes, la forme différentielle d'écriture de tous les rapports est utilisée. Il est pratique pour analyser les propriétés conductrices des matériaux.

Certains facteurs techniques peuvent violer la loi d'Ohm pour un circuit complet. Ils comprennent:

• fréquences vibratoires élevées lorsque la quantité de mouvement des porteurs de charge commence à influencer. Ils n'ont pas le temps de suivre le rythme des changements du champ électromagnétique ;

• états de supraconductivité d'une certaine classe de substances à basse température;

• échauffement accru des fils de courant par le courant électrique. lorsque la caractéristique courant-tension perd son caractère linéaire ;

• destruction de la couche isolante par décharge haute tension ;

• milieu de tubes électroniques à gaz ou à vide;

• dispositifs et éléments semi-conducteurs.