Lei de Ohm para um circuito completo

Na engenharia elétrica existem termos: seção e circuito completo.

O site chama-se:

• parte de um circuito elétrico dentro de uma fonte de corrente ou tensão;

• todo o circuito externo ou interno de elementos elétricos conectados à fonte ou parte dela.

O termo «circuito completo» é usado para se referir a um circuito com todos os circuitos montados, incluindo:

• fontes;

• Usuários;

• fios de ligação.

Tais definições ajudam a navegar melhor pelos circuitos, entender suas características, analisar a obra, buscar avarias e avarias. Eles estão embutidos na lei de Ohm, que permite resolver as mesmas questões para otimizar os processos elétricos para as necessidades humanas.

A pesquisa fundamental de Georg Simon Ohm se aplica a praticamente todos os seção do circuito ou o esquema completo.

Como a Lei de Ohm funciona para um circuito DC completo

Por exemplo, tomemos uma célula galvânica, popularmente chamada de bateria, com uma diferença de potencial U entre o ânodo e o cátodo. Conectamos uma lâmpada com um filamento aos seus terminais, que possui uma resistência resistiva simples R.

Uma corrente I = U / R criada pelo movimento dos elétrons no metal fluirá através do filamento. O circuito formado pelos fios da bateria, fios de ligação e a lâmpada refere-se à parte externa do circuito.

A corrente também fluirá na seção interna entre os eletrodos da bateria. Seus portadores serão íons carregados positivamente e negativamente. Os elétrons serão atraídos para o cátodo e os íons positivos serão repelidos dele para o ânodo.

Desta forma, cargas positivas e negativas se acumulam no cátodo e no ânodo, e uma diferença de potencial é criada entre elas.

O movimento completo dos íons no eletrólito é impedido resistência interna da bateriamarcada com «r». Limita a saída de corrente para o circuito externo e reduz sua potência a um determinado valor.

No circuito completo do circuito, a corrente flui pelos circuitos interno e externo, superando a resistência total R + r das duas seções em série. Seu valor é influenciado pela força aplicada aos eletrodos, que é chamada de eletromotriz ou abreviadamente EMF e é denotada pelo índice «E».

Seu valor pode ser medido com um voltímetro nos terminais da bateria sem carga (sem circuito externo). Com uma carga conectada no mesmo local, o voltímetro mostra a tensão U. Ou seja: sem carga nos terminais da bateria, U e E coincidem em magnitude, e quando a corrente passa pelo circuito externo, U < E.

A força E forma o movimento das cargas elétricas em um circuito completo e determina seu valor I = E / (R + r).

Esta expressão matemática define a lei de Ohm para um circuito DC completo. Sua ação é ilustrada com mais detalhes no lado direito da imagem.Isso mostra que todo o circuito completo consiste em dois circuitos de corrente separados.

Também pode ser visto que dentro da bateria, mesmo quando a carga do circuito externo é desligada, as partículas carregadas se movem (corrente de autodescarga) e, portanto, ocorre um consumo desnecessário de metal no cátodo. A energia da bateria, devido à resistência interna, é gasta aquecendo e se dissipando no ambiente, e com o tempo simplesmente desaparece.

A prática mostra que a redução da resistência interna r por métodos construtivos não se justifica economicamente devido ao aumento acentuado dos custos do produto final e sua autodescarga bastante alta.

conclusões

Para manter a eficiência da bateria, esta deve ser utilizada apenas para o fim a que se destina, ligando o circuito externo exclusivamente durante o período de funcionamento.

Quanto maior a resistência da carga conectada, maior a vida útil da bateria. Portanto, as lâmpadas de xenônio com filamento incandescente com menor consumo de corrente do que as de nitrogênio com o mesmo fluxo luminoso garantem maior vida útil das fontes de energia.

Ao armazenar elementos galvânicos, a passagem de corrente entre os contatos do circuito externo deve ser excluída por isolação confiável.

Caso a resistência R do circuito externo da bateria exceda significativamente o valor interno r, ela é considerada uma fonte de tensão e, quando a relação inversa é atendida, é uma fonte de corrente.

Como a Lei de Ohm é usada para um circuito CA completo

Os sistemas elétricos CA são os mais comuns na indústria elétrica.Nesta indústria, eles alcançam comprimentos enormes transportando eletricidade através de linhas de energia.

À medida que o comprimento da linha de transmissão aumenta, sua resistência elétrica aumenta, o que gera aquecimento dos fios e aumenta a perda de energia para transmissão.

O conhecimento da lei de Ohm ajudou os engenheiros de energia a reduzir custos desnecessários de transporte de eletricidade. Para fazer isso, eles usaram o cálculo do componente da perda de energia nos fios.

O cálculo é baseado no valor da potência ativa produzida P = E ∙ I, que deve ser transmitida qualitativamente aos consumidores remotos e vencer a resistência total:

• r interno no gerador;

• R externo dos fios.

A magnitude da EMF nos terminais do gerador é determinada como E = I ∙ (r + R).

A perda de potência Pp para vencer a resistência do circuito completo será expressa pela fórmula mostrada na figura.

Pode-se observar que o consumo de energia aumenta proporcionalmente ao comprimento/resistência dos fios e é possível reduzi-los durante o transporte de energia aumentando o EMF do gerador ou a tensão da linha. Este método é usado incluindo transformadores elevadores no circuito na extremidade do gerador da linha de energia e transformadores redutores no ponto de recepção das subestações elétricas.

No entanto, este método é limitado:

• a complexidade dos dispositivos técnicos para neutralizar a ocorrência de descargas coronárias;

• a necessidade de distanciar e isolar linhas de energia da superfície terrestre;

• aumento da energia da radiação da linha de ar no espaço (aparecimento do efeito antena).

Características da operação da lei de Ohm em circuitos senoidais de corrente alternada

Os usuários modernos de alta tensão industrial e energia elétrica doméstica trifásica / monofásica criam não apenas cargas ativas, mas também reativas com características indutivas ou capacitivas pronunciadas. Eles levam a uma mudança de fase entre os vetores das tensões aplicadas e as correntes que fluem no circuito.

Neste caso, para a notação matemática das flutuações temporais dos harmônicos, use forma complexae gráficos vetoriais são usados ​​para representação espacial. A corrente transmitida pela linha de energia é registrada pela fórmula: I = U / Z.

A notação matemática dos principais componentes da lei de Ohm com números complexos permite programar os algoritmos dos dispositivos eletrônicos utilizados para controlar e gerenciar processos tecnológicos complexos que ocorrem constantemente no sistema de potência.

Juntamente com os números complexos, é usada a forma diferencial de escrever todas as proporções. É conveniente para analisar as propriedades condutoras dos materiais.

Alguns fatores técnicos podem violar a lei de Ohm para um circuito completo. Eles incluem:

• altas frequências vibracionais quando o momento dos portadores de carga começa a influenciar. Eles não têm tempo para acompanhar o ritmo das mudanças no campo eletromagnético;

• estados de supercondutividade de uma certa classe de substâncias a baixas temperaturas;

• aumento do aquecimento dos fios de corrente pela corrente elétrica. quando a característica corrente-tensão perde seu caráter linear;

• destruição da camada de isolamento por descarga de alta tensão;

• meio de gás ou tubos de elétrons a vácuo;

• dispositivos e elementos semicondutores.