بالنسبة لمهندس الكهرباء والإلكترونيات، أحد القوانين الأساسية هو قانون أوم. كل يوم، يشكل العمل تحديات جديدة للمتخصص، وغالبًا ما يكون من الضروري اختيار بديل لمقاوم محترق أو مجموعة من العناصر. غالبًا ما يتعين على الكهربائي تغيير الكابلات؛ لاختيار الكابل المناسب، تحتاج إلى "تقدير" التيار في الحمل، لذلك عليك استخدام أبسط القوانين والعلاقات الفيزيائية في الحياة اليومية. أهمية قانون أوم في الهندسة الكهربائية هائلة بالمناسبة، فمعظم أعمال الدبلوم في تخصصات الهندسة الكهربائية يتم حسابها بنسبة 70-90% وفق صيغة واحدة.

مرجع تاريخي

سنة اكتشاف قانون أوم كانت عام 1826 على يد العالم الألماني جورج أوم. لقد حدد ووصف تجريبيًا قانون العلاقة بين التيار والجهد ونوع الموصل. في وقت لاحق اتضح أن المكون الثالث ليس أكثر من مقاومة. وبعد ذلك سُمي هذا القانون باسم المكتشف، لكن الأمر لم يقتصر على القانون؛ بل سُميت كمية فيزيائية باسمه، تكريمًا لعمله.

الكمية التي تقاس بها المقاومة تحمل اسم جورج أوم. على سبيل المثال، تتمتع المقاومات بخاصيتين رئيسيتين: القدرة بالواط والمقاومة - وحدة القياس بالأوم، كيلو أوم، ميجا أوم، إلخ.

قانون أوم لقسم الدائرة

لوصف دائرة كهربائية لا تحتوي على المجالات الكهرومغناطيسية، يمكنك استخدام قانون أوم لقسم من الدائرة. هذا هو أبسط شكل من أشكال التسجيل. تبدو هكذا:

حيث I هو التيار المقاس بالأمبير، U هو الجهد بالفولت، R هي المقاومة بالأوم.

تخبرنا هذه الصيغة أن التيار يتناسب طرديًا مع الجهد ويتناسب عكسيًا مع المقاومة - وهذه هي الصيغة الدقيقة لقانون أوم. المعنى المادي لهذه الصيغة هو وصف اعتماد التيار من خلال قسم من الدائرة ذات مقاومة وجهد معروفين.

انتباه!هذه الصيغة صالحة للتيار المباشر؛ أما بالنسبة للتيار المتردد، فلها اختلافات طفيفة؛

بالإضافة إلى العلاقة بين الكميات الكهربائية، يخبرنا هذا النموذج أن الرسم البياني للتيار مقابل الجهد في المقاومة خطي ويتم استيفاء معادلة الدالة:

f(x) = ky أو ​​f(u) = IR أو f(u)=(1/R)*I

يستخدم قانون أوم لقسم من الدائرة لحساب مقاومة المقاوم في قسم من الدائرة أو لتحديد التيار من خلاله عند جهد ومقاومة معروفين. على سبيل المثال، لدينا مقاوم R بمقاومة 6 أوم، ويتم تطبيق جهد 12 فولت على أطرافه. نحتاج إلى معرفة مقدار التيار الذي سيتدفق عبره. دعونا نحسب:

أنا=12 فولت/6 أوم=2 أ

الموصل المثالي ليس لديه مقاومة، ولكن بسبب بنية جزيئات المادة التي يتكون منها، فإن أي جسم موصل لديه مقاومة. على سبيل المثال، كان هذا هو سبب التحول من أسلاك الألمنيوم إلى الأسلاك النحاسية في الشبكات الكهربائية المنزلية. مقاومة النحاس (أوم لكل 1 متر) أقل من مقاومة الألومنيوم. وفقا لذلك، يتم تسخين الأسلاك النحاسية بشكل أقل وتتحمل التيارات العالية، مما يعني أنه يمكنك استخدام سلك ذو مقطع عرضي أصغر.

مثال آخر هو أن اللوالب الخاصة بأجهزة التسخين والمقاومات تتمتع بمقاومة عالية، لأن مصنوعة من معادن مختلفة عالية المقاومة، مثل النيتشروم والكانثال وما إلى ذلك. عندما تتحرك ناقلات الشحنة عبر موصل، فإنها تصطدم بالجزيئات الموجودة في الشبكة البلورية، ونتيجة لذلك يتم إطلاق الطاقة على شكل حرارة وموصل يسخن. كلما زاد التيار، زادت الاصطدامات، وزادت الحرارة.

لتقليل التسخين، يجب إما تقصير الموصل أو زيادة سمكه (مساحة المقطع العرضي). يمكن كتابة هذه المعلومات كصيغة:

سلك R = ρ(L/S)

حيث ρ هي المقاومة بالأوم*مم 2 /م، L هو الطول بالمتر، S هي مساحة المقطع العرضي.

قانون أوم للدوائر المتوازية والمتسلسلة

اعتمادا على نوع الاتصال، يتم ملاحظة أنماط مختلفة من تدفق التيار وتوزيع الجهد. بالنسبة لقسم من الدائرة التي تربط العناصر على التوالي، يتم العثور على الجهد والتيار والمقاومة وفقًا للصيغة:

وهذا يعني أن نفس التيار يتدفق في دائرة مكونة من عدد عشوائي من العناصر المتصلة على التوالي. في هذه الحالة، الجهد المطبق على جميع العناصر (مجموع قطرات الجهد) يساوي جهد الخرج لمصدر الطاقة. كل عنصر على حدة له جهده الخاص المطبق ويعتمد على القوة الحالية والمقاومة للعنصر المعين:

U el =I*R العنصر

يتم حساب مقاومة قسم الدائرة للعناصر المتوازية بالصيغة:

1/ر=1/ر1+1/ر2

بالنسبة للاتصال المختلط، تحتاج إلى تقليل السلسلة إلى نموذج مكافئ. على سبيل المثال، إذا كان أحد المقاومين متصلاً بمقاومتين متصلتين على التوازي، فاحسب أولاً مقاومة المقاومتين المتصلتين على التوازي. ستحصل على المقاومة الكلية لمقاومتين وكل ما عليك فعله هو إضافتها إلى المقاومة الثالثة المتصلة بهما على التوالي.

قانون أوم للدائرة الكاملة

تتطلب الدائرة الكاملة مصدر طاقة. مصدر الطاقة المثالي هو جهاز يتمتع بالخاصية الوحيدة:

• الجهد، إذا كان مصدر EMF؛
• القوة الحالية، إذا كان مصدرا الحالي؛

مصدر الطاقة هذا قادر على توصيل أي طاقة مع معلمات الإخراج دون تغيير. في مصدر الطاقة الحقيقي، هناك أيضًا معلمات مثل الطاقة والمقاومة الداخلية. في جوهرها، المقاومة الداخلية هي مقاومة وهمية مثبتة على التوالي مع مصدر المجالات الكهرومغناطيسية.

تبدو صيغة قانون أوم للدائرة الكاملة متشابهة، ولكن تتم إضافة المقاومة الداخلية لـ IP. للحصول على سلسلة كاملة يتم كتابتها بالصيغة:

أنا=ε/(ص+ص)

حيث ε هي EMF بالفولت، R هي مقاومة الحمل، r هي المقاومة الداخلية لمصدر الطاقة.

من الناحية العملية، تبلغ المقاومة الداخلية أجزاء من الأوم، وبالنسبة للمصادر الكلفانية فإنها تزيد بشكل ملحوظ. لقد لاحظت ذلك عندما يكون لبطاريتين (جديدة وميتة) نفس الجهد، لكن إحداهما تنتج التيار المطلوب وتعمل بشكل صحيح، والثانية لا تعمل، لأن... يتدلى عند أدنى حمولة.

قانون أوم في الصورة التفاضلية والتكاملية

بالنسبة لقسم متجانس من الدائرة، تكون الصيغ المذكورة أعلاه صالحة؛ بالنسبة للموصل غير المنتظم، من الضروري تقسيمه إلى أقصر الأجزاء بحيث يتم تقليل التغييرات في أبعاده داخل هذا الجزء. وهذا ما يسمى قانون أوم في شكل تفاضلي.

بمعنى آخر: تتناسب كثافة التيار بشكل مباشر مع الجهد والتوصيل لقسم صغير للغاية من الموصل.

في شكل متكامل:

قانون أوم للتيار المتردد

عند حساب دوائر التيار المتردد، بدلاً من مفهوم المقاومة، يتم تقديم مفهوم "الممانعة". يُشار إلى المعاوقة بالحرف Z، وهي تتضمن مقاومة الحمل النشطة R a والمفاعلة X (أو R r). ويرجع ذلك إلى شكل التيار الجيبي (والتيارات بأي أشكال أخرى) ومعلمات العناصر الحثية، وكذلك قوانين التبديل:

1. لا يمكن للتيار في دائرة ذات محاثة أن يتغير على الفور.
2. لا يمكن أن يتغير الجهد في الدائرة التي تحتوي على مكثف على الفور.

وبالتالي، يبدأ التيار في التخلف أو قيادة الجهد، وتنقسم الطاقة الإجمالية إلى نشطة ومتفاعلة.

X L و X C هما المكونان التفاعليان للحمل.

في هذا الصدد، يتم تقديم القيمة cosФ:

هنا – Q – القدرة التفاعلية الناتجة عن التيار المتناوب والمكونات السعوية الاستقرائية، P – القدرة النشطة (الموزعة على المكونات النشطة)، S – القدرة الظاهرة، cosФ – عامل القدرة.

ربما لاحظت أن الصيغة وعرضها يتداخلان مع نظرية فيثاغورس. هذا صحيح بالفعل، وتعتمد الزاوية Ф على حجم المكون التفاعلي للحمل - فكلما زاد حجمه، زاد حجمه. من الناحية العملية، يؤدي هذا إلى حقيقة أن التيار المتدفق فعليًا في الشبكة أكبر من ذلك المسجل بواسطة عداد المنزل، بينما تدفع الشركات مقابل الطاقة الكاملة.

في هذه الحالة، يتم تقديم المقاومة في شكل معقد:

هنا j هي الوحدة التخيلية، وهي نموذجية للشكل المعقد من المعادلات. يتم الإشارة إليه بشكل أقل بـ i، ولكن في الهندسة الكهربائية تتم الإشارة أيضًا إلى القيمة الفعالة للتيار المتردد، لذلك، حتى لا يتم الخلط بينه، فمن الأفضل استخدام j.

الوحدة التخيلية تساوي √-1. ومن المنطقي أنه لا يوجد رقم عند تربيعه يمكن أن يؤدي إلى نتيجة سلبية "-1".

كيف تتذكر قانون أوم

لتتذكر قانون أوم، يمكنك حفظ الصيغة بكلمات بسيطة مثل:

كلما ارتفع الجهد، كلما ارتفع التيار، كلما زادت المقاومة، انخفض التيار.

أو استخدم الصور والقواعد التذكيرية. الأول هو عرض قانون أوم في شكل هرم - بإيجاز ووضوح.

القاعدة التذكيرية هي شكل مبسط لمفهوم الفهم والدراسة البسيط والسهل. يمكن أن يكون إما في شكل لفظي أو في شكل رسومي. للعثور على الصيغة المطلوبة بشكل صحيح، قم بتغطية الكمية المطلوبة بإصبعك واحصل على الإجابة في شكل منتج أو حاصل القسمة. وإليك كيف يعمل:

والثاني هو تمثيل كاريكاتير. كما هو موضح هنا: كلما زادت محاولات أوم، كلما زادت صعوبة تمرير الأمبير، وكلما زادت الفولت، أصبح تمرير الأمبير أسهل.

يعد قانون أوم أحد القوانين الأساسية في الهندسة الكهربائية، ومن دون معرفته تكون معظم العمليات الحسابية مستحيلة. وفي العمل اليومي، غالبًا ما يكون من الضروري تحويل أو تحديد التيار بالمقاومة. وليس من الضروري على الإطلاق فهم اشتقاقها وأصل جميع الكميات - ولكن يلزم إتقان الصيغ النهائية. وفي الختام أود أن أشير إلى أن هناك نكتة قديمة تقول بين الكهربائيين: "إذا كنت لا تعرف أوم، فابق في المنزل."وإذا كانت كل نكتة تحتوي على ذرة من الحقيقة، فإن ذرة الحقيقة هذه هي 100٪. ادرس الأسس النظرية إذا كنت تريد أن تصبح محترفًا في الممارسة العملية، وستساعدك مقالات أخرى من موقعنا في ذلك.

يحب( 0 ) أنا لا أحب( 0 )

إذا تم وضع موصل معزول في مجال كهربائي \(\overrightarrow(E)\)، فإن القوة \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) سوف تؤثر على الشحنات الحرة \(q\) في الموصل \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) ونتيجة لذلك، موصل هناك حركة قصيرة الأجل من الرسوم المجانية. ستنتهي هذه العملية عندما يعوض المجال الكهربائي الخاص بالشحنات الناشئة على سطح الموصل المجال الخارجي تمامًا. سيكون المجال الكهروستاتيكي الناتج داخل الموصل صفراً.

ومع ذلك، في الموصلات، في ظل ظروف معينة، يمكن أن تحدث حركة منتظمة مستمرة لحاملات الشحنة الكهربائية المجانية.

تسمى الحركة الموجهة للجسيمات المشحونة بالتيار الكهربائي.

يعتبر اتجاه التيار الكهربائي هو اتجاه حركة الشحنات الحرة الموجبة. لكي يتواجد تيار كهربائي في موصل، يجب أن ينشأ مجال كهربائي فيه.

مقياس كمي للتيار الكهربائي هو القوة الحالية\(I\) هي كمية فيزيائية عددية تساوي نسبة الشحنة \(\Delta q\) المنقولة عبر المقطع العرضي للموصل (الشكل 1.8.1) خلال الفاصل الزمني \(\Delta t\) إلى هذه الفترة الزمنية:

$$I = \frac(\Delta q)(\Delta t) $$

إذا لم تتغير قوة التيار واتجاهه مع مرور الوقت، فإن هذا التيار يسمى دائم .

في النظام الدولي للوحدات (SI) يتم قياس التيار بوحدة الأمبير (A). يتم تحديد الوحدة الحالية البالغة 1 A من خلال التفاعل المغناطيسي لموصلين متوازيين مع التيار.

لا يمكن إنشاء تيار كهربائي مباشر إلا في دائرة مغلقة ، حيث تنتشر ناقلات الشحن المجانية على طول مسارات مغلقة. المجال الكهربائي في نقاط مختلفة من هذه الدائرة ثابت مع مرور الوقت. وبالتالي، فإن المجال الكهربائي في دائرة التيار المباشر له طابع المجال الكهروستاتيكي المتجمد. لكن عندما تتحرك شحنة كهربية في مجال كهروستاتيكي على طول مسار مغلق، فإن الشغل الذي تبذله القوى الكهربية يساوي صفرًا. لذلك، لوجود تيار مباشر، لا بد من وجود جهاز في الدائرة الكهربائية قادر على خلق والحفاظ على فروق الجهد في أقسام الدائرة بسبب عمل القوى أصل غير كهرباء. تسمى هذه الأجهزة مصادر العاصمة . تسمى القوى ذات الأصل غير الكهروستاتيكي المؤثرة على حاملات الشحنة المجانية من المصادر الحالية القوى الخارجية .

قد تختلف طبيعة القوى الخارجية. في الخلايا أو البطاريات الكلفانية تنشأ نتيجة للعمليات الكهروكيميائية؛ وفي مولدات التيار المباشر، تنشأ قوى خارجية عندما تتحرك الموصلات في مجال مغناطيسي. يلعب المصدر الحالي في الدائرة الكهربائية نفس دور المضخة، وهو أمر ضروري لضخ السائل في نظام هيدروليكي مغلق. تحت تأثير القوى الخارجية تتحرك الشحنات الكهربائية داخل مصدر التيار ضدقوى المجال الكهروستاتيكية، والتي يمكن من خلالها الحفاظ على تيار كهربائي ثابت في دائرة مغلقة.

عندما تتحرك الشحنات الكهربائية على طول دائرة تيار مستمر، فإن القوى الخارجية المؤثرة داخل مصادر التيار تؤدي شغلًا.

تسمى كمية فيزيائية تساوي نسبة الشغل \(A_(st)\) القوى الخارجية عند تحريك الشحنة \(q\) من القطب السالب لمصدر التيار إلى القطب الموجب إلى قيمة هذه الشحنة القوة الدافعة الكهربائية للمصدر (المجال الكهرومغناطيسي):

$$EMF=\varepsilon=\frac(A_(st))(q). $$

وبالتالي، يتم تحديد المجال الكهرومغناطيسي من خلال العمل الذي تقوم به القوى الخارجية عند تحريك شحنة موجبة واحدة. يتم قياس القوة الدافعة الكهربائية، مثل فرق الجهد فولت (الخامس).

عندما تتحرك شحنة موجبة واحدة على طول دائرة تيار مباشر مغلقة، فإن الشغل المبذول بواسطة قوى خارجية يساوي مجموع القوى الدافعة الكهربية المؤثرة في هذه الدائرة، والشغل المبذول بواسطة المجال الكهروستاتيكي يساوي صفرًا.

يمكن تقسيم دائرة التيار المستمر إلى أقسام منفصلة. تسمى تلك المناطق التي لا تعمل فيها قوى خارجية (أي المناطق التي لا تحتوي على مصادر حالية). متجانس . يتم استدعاء المناطق التي تحتوي على المصادر الحالية غير متجانسة .

عندما تتحرك شحنة موجبة واحدة على طول جزء معين من الدائرة، يتم تنفيذ العمل بواسطة كل من القوى الكهروستاتيكية (كولوم) والقوى الخارجية. عمل القوى الكهروستاتيكية يساوي فرق الجهد \(\Delta \phi_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)\) بين النقطتين الأولي (1) والنهائية (2) للقسم غير المتجانس . عمل القوى الخارجية يساوي، حسب التعريف، القوة الدافعة الكهربائية \(\mathcal(E)\) المؤثرة في منطقة معينة. وبالتالي فإن إجمالي العمل يساوي

$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E)$$

مقاس شعادة ما يسمى 12 الجهد االكهربى في قسم السلسلة 1-2. في حالة وجود منطقة متجانسة، فإن الجهد يساوي فرق الجهد:

$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)$$

أثبت الفيزيائي الألماني ج. أوم بشكل تجريبي في عام 1826 أن قوة التيار \(I\) التي تتدفق عبر موصل معدني متجانس (أي موصل لا تؤثر فيه أي قوى خارجية) تتناسب مع الجهد \(U\) عند الأطراف من الموصل :

$$I = \frac(1)(R) U; \: U = IR$$

حيث \(R\) = const.

مقاس رعادة ما يسمى المقاومة الكهربائية . يسمى الموصل ذو المقاومة الكهربائية المقاوم . تعبر هذه النسبة قانون أوم ل قسم متجانس من السلسلة: يتناسب التيار في الموصل بشكل مباشر مع الجهد المطبق ويتناسب عكسيا مع مقاومة الموصل.

وحدة SI للمقاومة الكهربائية للموصلات هي أوم (أوم). تحتوي المقاومة التي تبلغ 1 أوم على جزء من الدائرة يحدث فيه تيار 1 A عند جهد 1 V.

تسمى الموصلات التي تخضع لقانون أوم خطي . الاعتماد الرسومي للتيار \(I\) على الجهد \(U\) (تسمى هذه الرسوم البيانية خصائص فولت أمبير ، والمختصر كـ CVC) يتم تصويره بخط مستقيم يمر عبر أصل الإحداثيات. تجدر الإشارة إلى أن هناك العديد من المواد والأجهزة التي لا تخضع لقانون أوم، على سبيل المثال، الصمام الثنائي شبه الموصل أو مصباح تفريغ الغاز. حتى مع الموصلات المعدنية، عند التيارات العالية بما فيه الكفاية، لوحظ انحراف عن قانون أوم الخطي، لأن المقاومة الكهربائية للموصلات المعدنية تزداد مع زيادة درجة الحرارة.

بالنسبة لقسم من الدائرة التي تحتوي على قوة دافعة كهربية، يُكتب قانون أوم بالشكل التالي:

$$IR = U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E) = \Delta \phi_(12) + \mathcal(E)$$
$$\color(blue)(I = \frac(U)(R))$$

عادة ما تسمى هذه النسبة قانون أوم المعممأو قانون أوم لقسم غير منتظم من الدائرة.

في التين. 1.8.2 يظهر دائرة DC مغلقة. قسم السلسلة ( قرص مضغوط) متجانسة.

الشكل 1.8.2. دائرة العاصمة

وفقا لقانون أوم

$$IR = \Delta\phi_(cd)$$

حبكة ( أب) يحتوي على مصدر حالي مع emf يساوي \(\mathcal(E)\).

وفقا لقانون أوم لمنطقة غير متجانسة،

$$Ir = \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$

وبجمع المتساويتين نحصل على:

$$I(R+r) = \Delta\phi_(cd) + \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$

لكن \(\Delta\phi_(cd) = \Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab)\).

$$\color(blue)(I=\frac(\mathcal(E))(R + r))$$

تعبر هذه الصيغة قانون أوم للدائرة الكاملة : قوة التيار في الدائرة الكاملة تساوي القوة الدافعة الكهربائية للمصدر مقسومة على مجموع مقاومات المقاطع المتجانسة وغير المتجانسة للدائرة (المقاومة الداخلية للمصدر).

مقاومة صمنطقة غير متجانسة في الشكل. 1.8.2 يمكن اعتبارها المقاومة الداخلية للمصدر الحالي . في هذه الحالة المنطقة ( أب) في التين. 1.8.2 هو الجزء الداخلي للمصدر. إذا النقاط أو بقصيرة بموصل مقاومته صغيرة مقارنة بالمقاومة الداخلية للمصدر (\(R\ \ll r\)) فإن الدائرة سوف تتدفق تيار الدائرة القصيرة

$$I_(kz)=\frac(\mathcal(E))(r)$$

تيار الدائرة القصيرة هو أقصى تيار يمكن الحصول عليه من مصدر معين باستخدام القوة الدافعة الكهربائية \(\mathcal(E)\) والمقاومة الداخلية \(r\). بالنسبة للمصادر ذات المقاومة الداخلية المنخفضة، يمكن أن يكون تيار الدائرة القصيرة مرتفعًا جدًا ويتسبب في تدمير الدائرة الكهربائية أو المصدر. على سبيل المثال، يمكن أن تحتوي بطاريات الرصاص الحمضية المستخدمة في السيارات على تيارات دائرة قصر تبلغ عدة مئات من الأمبيرات. تعتبر الدوائر القصيرة في شبكات الإضاءة التي تعمل بالطاقة من المحطات الفرعية (آلاف الأمبيرات) خطيرة بشكل خاص. لتجنب الآثار المدمرة لهذه التيارات الكبيرة، يتم تضمين الصمامات أو قواطع الدائرة الخاصة في الدائرة.

في بعض الحالات، لمنع القيم الخطيرة لتيار الدائرة القصيرة، يتم توصيل بعض المقاومة الخارجية على التوالي بالمصدر. ثم المقاومة صيساوي مجموع المقاومة الداخلية للمصدر والمقاومة الخارجية، وخلال دائرة كهربائية قصيرة لن تكون القوة الحالية كبيرة بشكل مفرط.

إذا كانت الدائرة الخارجية مفتوحة، فإن \(\Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab) = \mathcal(E)\)، أي أن فرق الجهد عند أقطاب البطارية المفتوحة يساوي فرق الجهد عند أقطاب البطارية المفتوحة. emf.

إذا كانت مقاومة الحمل الخارجي رقيد التشغيل والتيار يتدفق عبر البطارية أنافيصبح فرق الجهد عند قطبيه متساويا

$$\Delta \phi_(ba) = \mathcal(E) - Ir$$

في التين. 1.8.3 يُظهر تمثيلًا تخطيطيًا لمصدر تيار مباشر مع قوة دافعة تساوي \(\mathcal(E)\) ومقاومة داخلية صفي ثلاثة أوضاع: "التباطؤ"، وتشغيل التحميل، ووضع الدائرة القصيرة (ماس كهربائى). يشار إلى شدة \(\overrightarrow(E)\) للمجال الكهربائي داخل البطارية والقوى المؤثرة على الشحنات الموجبة:\(\overrightarrow(F)_(e)\) - القوة الكهربائية و \(\overrightarrow( F)_(st )\) قوة خارجية. في وضع الدائرة القصيرة، يختفي المجال الكهربائي داخل البطارية.

لقياس الفولتية والتيارات في الدوائر الكهربائية ذات التيار المستمر، يتم استخدام أدوات خاصة - الفولتميترو مقياس التيار الكهربائي.

الفولتميتر مصممة لقياس الفرق المحتمل المطبق على محطاتها. هو يتصل موازيقسم الدائرة الذي يتم فيه قياس فرق الجهد. أي فولتميتر لديه بعض المقاومة الداخلية \(R_(V)\). لكي لا يُحدث الفولتميتر إعادة توزيع ملحوظة للتيارات عند توصيله بالدائرة التي يتم قياسها، يجب أن تكون مقاومته الداخلية كبيرة مقارنة بمقاومة قسم الدائرة المتصل بها. بالنسبة للدائرة الموضحة في الشكل 1.8.4، يتم كتابة هذا الشرط على النحو التالي:

$$R_(B)\gg R_(1)$$

هذا الشرط يعني أن التيار \(I_(V) = \Delta \phi_(cd) / R_(V)\) الذي يتدفق عبر الفولتميتر أقل بكثير من التيار \(I = \Delta \phi_(cd) / R_ (1 )\) والذي يتدفق عبر الجزء الذي تم اختباره من الدائرة.

نظرًا لعدم وجود قوى خارجية مؤثرة داخل الفولتميتر، فإن فرق الجهد عند أطرافه يتطابق بحكم التعريف مع الجهد. لذلك، يمكننا القول أن الفولتميتر يقيس الجهد.

مقياس التيار الكهربائي مصممة لقياس التيار في الدائرة. يتم توصيل الأميتر على التوالي بدائرة مفتوحة بحيث يمر التيار المقاس بالكامل من خلالها. يحتوي الأميتر أيضًا على بعض المقاومة الداخلية \(R_(A)\). على عكس الفولتميتر، يجب أن تكون المقاومة الداخلية للأميتر صغيرة جدًا مقارنة بالمقاومة الإجمالية للدائرة بأكملها. بالنسبة للدائرة في الشكل 1.8.4 يجب أن تستوفي مقاومة الأميتر الشرط

$$R_(A) \ll (r + R_(1) + R(2))$$

بحيث أنه عند تشغيل الأميتر لا يتغير التيار في الدائرة.

أدوات القياس - الفولتميتر والأميتر - تأتي في نوعين: المؤشر (التناظري) والرقمي. العدادات الكهربائية الرقمية هي أجهزة إلكترونية معقدة. عادةً ما توفر الأدوات الرقمية دقة قياس أعلى.

إضافة الموقع إلى الإشارات المرجعية

قانون أوم

يوضح الشكل رسمًا تخطيطيًا لدائرة كهربائية بسيطة مألوفة. تتكون هذه الدائرة المغلقة من ثلاثة عناصر:

• مصدر الجهد - بطاريات جيجابايت؛
• المستهلك الحالي - الحمل R، والذي يمكن أن يكون، على سبيل المثال، خيوط مصباح كهربائي أو المقاوم؛
• الموصلات التي تربط مصدر الجهد بالحمل.

بالمناسبة، إذا تم استكمال هذه الدائرة بمفتاح، فستحصل على دائرة كاملة لمصباح كهربائي للجيب. الحمل R، الذي له مقاومة معينة، هو جزء من الدائرة.

تعتمد قيمة التيار في هذا القسم من الدائرة على الجهد المؤثر عليه وعلى مقاومته: كلما زاد الجهد وانخفضت المقاومة، زاد تدفق التيار عبر قسم الدائرة.

يتم التعبير عن اعتماد التيار على الجهد والمقاومة بالصيغة التالية:

• I - التيار، معبرًا عنه بالأمبير، A؛
• U - الجهد بالفولت، V؛
• R - المقاومة بالأوم، أوم.

تتم قراءة هذا التعبير الرياضي على النحو التالي: التيار في جزء من الدائرة يتناسب طرديا مع الجهد عبرها ويتناسب عكسيا مع مقاومتها. هذا هو القانون الأساسي للهندسة الكهربائية، والذي يسمى قانون أوم (بعد لقب ج. أوم) لقسم من الدائرة الكهربائية. وباستخدام قانون أوم، يمكنك معرفة الثلث المجهول من كميتين كهربائيتين معروفتين. فيما يلي بعض الأمثلة على التطبيق العملي لقانون أوم:

1. المثال الأول. يتم تطبيق جهد 25 فولت على جزء من الدائرة بمقاومة 5 أوم ومن الضروري معرفة قيمة التيار في هذا القسم من الدائرة. الحل: I = U/R = 25 / 5 = 5 A.
2. المثال الثاني. يؤثر جهد 12 V على جزء من الدائرة، فيولد فيه تيارًا قدره 20 mA. ما مقاومة هذا القسم من الدائرة؟ بادئ ذي بدء، يجب التعبير عن التيار 20 مللي أمبير بالأمبير. سيكون هذا 0.02 A. ثم R = 12 / 0.02 = 600 أوم.
3. المثال الثالث. يمر تيار مقداره 20 مللي أمبير عبر مقطع من دائرة بمقاومة قدرها 10 كيلو أوم. ما هو الجهد المؤثر على هذا القسم من الدائرة؟ هنا، كما في المثال السابق، يجب التعبير عن التيار بالأمبير (20 مللي أمبير = 0.02 أ)، والمقاومة بالأوم (10 كيلو أوم = 10000 أوم). ولذلك، U = IR = 0.02×10000 = 200 فولت.

قاعدة المصباح المتوهج للمصباح المسطح مختومة بـ: 0.28 أمبير و3.5 فولت. ماذا تعني هذه المعلومة؟ حقيقة أن المصباح الكهربائي سوف يتوهج بشكل طبيعي عند تيار 0.28 أ، والذي يتم تحديده بجهد 3.5 فولت. باستخدام قانون أوم، من السهل حساب أن الفتيل الساخن للمصباح الكهربائي له مقاومة R = 3.5 / 0.28 = 12.5 أوم .

هذه هي مقاومة الفتيل الساخن للمصباح الكهربائي، ومقاومة الفتيل المبرد أقل بكثير. قانون أوم صالح ليس فقط لقسم ما، ولكن أيضًا للدائرة الكهربائية بأكملها. في هذه الحالة، يتم استبدال المقاومة الإجمالية لجميع عناصر الدائرة، بما في ذلك المقاومة الداخلية للمصدر الحالي، بقيمة R. ومع ذلك، في أبسط حسابات الدوائر، عادة ما يتم إهمال مقاومة موصلات التوصيل والمقاومة الداخلية للمصدر الحالي.

وفي هذا الصدد، من الضروري إعطاء مثال آخر: جهد شبكة الإضاءة الكهربائية هو 220 فولت. ما التيار الذي سيتدفق في الدائرة إذا كانت مقاومة الحمل 1000 أوم؟ الحل: I = U/R = 220 / 1000 = 0.22 A. تستهلك مكواة اللحام الكهربائية هذا التيار تقريبًا.

كل هذه الصيغ، التي تتبع قانون أوم، يمكن استخدامها أيضًا لحساب دوائر التيار المتردد، ولكن بشرط عدم وجود ملفات حث ومكثفات في الدوائر.

من السهل جدًا تذكر قانون أوم والصيغ الحسابية المشتقة منه إذا كنت تستخدم هذا الرسم البياني، وهذا هو ما يسمى بمثلث قانون أوم.

من السهل استخدام هذا المثلث، فقط تذكر بوضوح أن الخط الأفقي فيه يعني علامة القسمة (المشابه للخط الكسري)، والخط العمودي يعني علامة الضرب.

الآن يجب أن نفكر في السؤال التالي: كيف تؤثر المقاومة المتصلة في الدائرة على التوالي مع الحمل أو على التوازي معه على التيار؟ من الأفضل أن نفهم هذا بمثال. يوجد مصباح كهربائي من مصباح كهربائي دائري مصمم لجهد 2.5 فولت وتيار 0.075 أمبير. هل من الممكن تشغيل هذا المصباح الكهربائي من بطارية سعة 3336 لترًا يبلغ جهدها الأولي 4.5 فولت؟

من السهل حساب أن الفتيل الساخن لهذا المصباح الكهربائي يتمتع بمقاومة تزيد قليلاً عن 30 أوم. إذا قمت بتشغيله من بطارية جديدة سعة 3336 لترًا، فوفقًا لقانون أوم، سوف يتدفق تيار عبر فتيل المصباح الكهربائي، أي ما يقرب من ضعف التيار الذي تم تصميمه من أجله. لن يتحمل الخيط مثل هذا الحمل الزائد، وسوف يسخن وينهار. لكن لا يزال من الممكن تزويد هذا المصباح الكهربائي بالطاقة من بطارية سعة 336L إذا تم توصيل مقاومة إضافية قيمتها 25 أوم على التوالي مع الدائرة.

في هذه الحالة، ستكون المقاومة الإجمالية للدائرة الخارجية حوالي 55 أوم، أي 30 أوم - مقاومة خيوط المصباح الكهربائي H بالإضافة إلى 25 أوم - مقاومة المقاوم الإضافي R. وبالتالي، تيار يساوي تقريبًا سوف يتدفق 0.08 A في الدائرة، أي تقريبًا نفس الشيء الذي تم تصميم فتيل المصباح الكهربائي من أجله.

يمكن تشغيل هذا المصباح الكهربائي من بطارية ذات جهد أعلى، أو حتى من شبكة إضاءة كهربائية، إذا قمت باختيار مقاوم ذو مقاومة مناسبة. في هذا المثال، هناك مقاومة إضافية تحدد التيار في الدائرة عند القيمة التي نحتاجها. كلما زادت مقاومتها، قل التيار في الدائرة. في هذه الحالة، تم توصيل مقاومتين على التوالي بالدائرة: مقاومة فتيل المصباح الكهربائي ومقاومة المقاوم. وفي حالة توصيل المقاومات على التوالي، يكون التيار هو نفسه عند جميع نقاط الدائرة.

يمكنك تشغيل الأميتر في أي لحظة، وسيظهر نفس القيمة في كل مكان. ويمكن مقارنة هذه الظاهرة بتدفق المياه في النهر. يمكن أن يكون قاع النهر في مناطق مختلفة واسعًا أو ضيقًا أو عميقًا أو ضحلًا. ومع ذلك، خلال فترة زمنية معينة، تمر دائمًا نفس الكمية من الماء عبر المقطع العرضي لأي قسم من قاع النهر.

يمكن اعتبار المقاوم الإضافي المتصل على التوالي مع الحمل بمثابة مقاوم "يطفئ" جزءًا من الجهد الذي يعمل في الدائرة. الجهد الذي ينطفئ بواسطة المقاوم الإضافي، أو، كما يقولون، يسقط عبره، سيكون أكبر، كلما زادت مقاومة هذا المقاوم. بمعرفة تيار ومقاومة المقاومة الإضافية، يمكن حساب انخفاض الجهد عبرها بسهولة باستخدام نفس الصيغة المألوفة U = IR، هنا:

• U - انخفاض الجهد، V؛
• I - التيار في الدائرة، A؛
• R - مقاومة المقاومة الإضافية أوم.

فيما يتعلق بالمثال، قام المقاوم R (انظر الشكل) بإطفاء الجهد الزائد: U = IR = 0.08 × 25 = 2 V. سقط جهد البطارية المتبقي، الذي يساوي 2.5 V تقريبًا، على خيوط المصباح الكهربائي. يمكن إيجاد مقاومة المقاومة المطلوبة باستخدام صيغة أخرى مألوفة لديك: R = U/I، حيث:

• R - المقاومة المطلوبة للمقاوم الإضافي، أوم؛
• U - الجهد الذي يجب إطفاؤه، V؛
• I – التيار في الدائرة A .

في المثال قيد النظر، مقاومة المقاومة الإضافية هي: R = U/I = 2/0.075، 27 أوم. من خلال تغيير المقاومة، يمكنك تقليل أو زيادة الجهد الذي يسقط عبر المقاومة الإضافية، وبالتالي تنظيم التيار في الدائرة. لكن المقاومة الإضافية R في مثل هذه الدائرة يمكن أن تكون متغيرة، أي مقاومة يمكن تغيير مقاومتها (انظر الشكل أدناه).

في هذه الحالة، باستخدام شريط تمرير المقاوم، يمكنك تغيير الجهد المتوفر للحمل H بسلاسة، وبالتالي تنظيم التيار المتدفق عبر هذا الحمل بسلاسة. تسمى المقاومة المتغيرة المتصلة بهذه الطريقة بالمقاومة المتغيرة. تستخدم المقاومة المتغيرة لتنظيم التيارات في دوائر أجهزة الاستقبال وأجهزة التلفزيون ومكبرات الصوت. في العديد من دور السينما، تم استخدام المتغيرات المتغيرة لتعتيم الضوء بسلاسة في القاعة. هناك طريقة أخرى لتوصيل الحمل بمصدر حالي بجهد زائد - أيضًا باستخدام مقاومة متغيرة، ولكنها متصلة بواسطة مقياس الجهد، أي مقسم الجهد، كما هو موضح في الشكل أدناه.

هنا R1 عبارة عن مقاوم متصل بواسطة مقياس الجهد، و R2 عبارة عن حمل، والذي يمكن أن يكون نفس المصباح الكهربائي المتوهج أو أي جهاز آخر. يحدث انخفاض الجهد عبر المقاوم R1 للمصدر الحالي، والذي يمكن تغذيته جزئيًا أو كليًا للتحميل R2. عندما يكون منزلق المقاوم في أدنى موضع له، لا يتم توفير أي جهد للحمل على الإطلاق (إذا كان مصباحًا كهربائيًا، فلن يضيء).

مع تحرك شريط تمرير المقاومة لأعلى، سنطبق المزيد والمزيد من الجهد على الحمل R2 (إذا كان مصباحًا كهربائيًا، فسوف يتوهج فتيله). عندما يكون شريط تمرير المقاوم R1 في الموضع العلوي، سيتم تطبيق جهد المصدر الحالي بالكامل على الحمل R2 (إذا كان R2 عبارة عن مصباح يدوي، وكان جهد المصدر الحالي مرتفعًا، فسوف يحترق فتيل المصباح الكهربائي خارج). يمكنك بشكل تجريبي العثور على موضع المحرك المقاوم المتغير الذي سيتم من خلاله توفير الجهد الذي يحتاجه للحمل.

تُستخدم المقاومات المتغيرة التي يتم تنشيطها بواسطة مقاييس فرق الجهد على نطاق واسع للتحكم في مستوى الصوت في أجهزة الاستقبال ومكبرات الصوت. يمكن توصيل المقاوم مباشرة بالتوازي مع الحمل. في هذه الحالة، يتفرع التيار في هذا القسم من الدائرة ويسير في مسارين متوازيين: من خلال المقاومة الإضافية والحمل الرئيسي. سيكون التيار الأكبر في الفرع ذي المقاومة الأقل.

سيكون مجموع تيارات كلا الفرعين مساوياً للتيار المستهلك في تغذية الدائرة الخارجية. يتم استخدام الاتصال المتوازي في تلك الحالات عندما يكون من الضروري الحد من التيار ليس في الدائرة بأكملها، كما هو الحال عند توصيل مقاوم إضافي على التوالي، ولكن فقط في قسم معين. يتم توصيل مقاومات إضافية، على سبيل المثال، على التوازي بالملليمتر، حتى تتمكن من قياس التيارات الكبيرة. تسمى هذه المقاومات بالتحويلات أو التحويلات. كلمة تحويلة تعني فرع.

في عام 1827، نشر جورج أوم بحثه، الذي يشكل أساس الصيغة المستخدمة حتى يومنا هذا. أجرى أوم سلسلة كبيرة من التجارب التي أظهرت العلاقة بين الجهد المطبق والتيار المتدفق عبر الموصل.

هذا القانون تجريبي، أي أنه يعتمد على الخبرة. تم اعتماد التسمية "أوم" كوحدة SI الرسمية للمقاومة الكهربائية.

قانون أوم لقسم الدائرةينص على أن التيار الكهربائي في الموصل يتناسب طرديا مع فرق الجهد فيه ويتناسب عكسيا مع مقاومته. مع الأخذ في الاعتبار أن مقاومة الموصل (يجب عدم الخلط بينها) هي قيمة ثابتة، يمكننا صياغة ذلك بالصيغة التالية:

• I - التيار بالأمبير (A)
• الخامس - الجهد بالفولت (V)
• R - المقاومة بالأوم (أوم)

للتوضيح: المقاوم ذو المقاومة 1 أوم، والذي يتدفق من خلاله تيار 1 أمبير، لديه فرق جهد (جهد) قدره 1 فولت عند أطرافه.

قام الفيزيائي الألماني كيرشوف (المشهور بقواعد كيرشوف) بتعميم أكثر استخدامًا في الفيزياء:

• σ - الموصلية المادية
• ي - الكثافة الحالية
• E هو المجال الكهربائي.

قانون أوم والمقاومة

المقاومات هي عناصر سلبية توفر مقاومة لتدفق التيار الكهربائي في الدائرة. والتي تعمل وفقا لقانون أوم، تسمى المقاومة الأومية. عندما يمر تيار عبر مثل هذه المقاومة، فإن انخفاض الجهد عبر أطرافها يتناسب مع قيمة المقاومة.

تظل صيغة أوم صالحة للدوائر ذات الجهد والتيار المتناوب. قانون أوم غير مناسب للمكثفات والمحاثات، لأن خاصية الجهد الحالي (خاصية فولت أمبير) ليست خطية في الأساس.

تنطبق صيغة أوم أيضًا على الدوائر ذات المقاومات المتعددة، والتي يمكن توصيلها على التوالي، أو على التوازي، أو مختلطة. يمكن تبسيط مجموعات المقاومات المتصلة على التوالي أو على التوازي كمقاومة مكافئة.

تصف المقالات المتعلقة والاتصال بمزيد من التفصيل كيفية القيام بذلك.

نشر الفيزيائي الألماني جورج سيمون أوم نظريته الكاملة للكهرباء عام 1827 تحت اسم “نظرية الدائرة الجلفانية”. لقد وجد أن انخفاض الجهد عبر قسم من الدائرة هو نتيجة عمل التيار المتدفق خلال مقاومة ذلك القسم من الدائرة. وشكل هذا أساس القانون الذي نستخدمه اليوم. القانون هو أحد المعادلات الأساسية للمقاومات.

قانون أوم - الصيغة

يمكن استخدام صيغة قانون أوم عندما يكون اثنان من المتغيرات الثلاثة معروفين. يمكن كتابة العلاقة بين المقاومة والتيار والجهد بطرق مختلفة. يمكن أن يكون مثلث أوم مفيدًا للاستيعاب والحفظ.

فيما يلي مثالان لاستخدام حاسبة المثلث هذه.

لدينا مقاومة بمقاومة قدرها 1 أوم في دائرة بها انخفاض جهد من 100 فولت إلى 10 فولت عند أطرافها.ما التيار الذي يتدفق عبر هذه المقاومة؟يذكرنا المثلث بما يلي:
لدينا مقاومة قيمتها 10 أوم يتدفق من خلالها تيار شدته 2 أمبير بجهد 120 فولت.ما هو انخفاض الجهد عبر هذه المقاومة؟باستخدام المثلث يبين لنا أن:وبالتالي فإن الجهد عند الطرف سيكون 120-20 = 100 فولت.

قانون أوم – القدرة

عندما يتدفق التيار الكهربائي عبر المقاومة، فإنه يبدد كمية معينة من الطاقة على شكل حرارة.

الطاقة هي دالة للتيار المتدفق I (A) والجهد المطبق V (V):

• ف - الطاقة بالواط (V)

بالاشتراك مع قانون أوم لقسم من الدائرة، يمكن تحويل الصيغة إلى النموذج التالي:

المقاومة المثالية تبدد كل الطاقة ولا تخزن أي طاقة كهربائية أو مغناطيسية. لكل مقاومة حدًا لمقدار الطاقة التي يمكن تبديدها دون التسبب في تلف المقاومة. هذه هي القوة تسمى الاسمية.

الظروف البيئية قد تخفض أو تزيد هذه القيمة. على سبيل المثال، إذا كان الهواء المحيط ساخنًا، فإن قدرة المقاوم على تبديد الحرارة الزائدة تقل، وعلى العكس، عندما تكون درجة الحرارة المحيطة منخفضة، تزداد قدرة المقاوم على تبديد الحرارة.

في الممارسة العملية، نادرًا ما يكون للمقاومات تصنيف طاقة. ومع ذلك، يتم تصنيف معظم المقاومات بـ 1/4 أو 1/8 واط.

يوجد أدناه مخطط دائري سيساعدك على تحديد العلاقة بين الطاقة والتيار والجهد والمقاومة بسرعة. ويوضح لكل من المعلمات الأربع كيفية حساب قيمتها.

قانون أوم - آلة حاسبة

تتيح لك حاسبة قانون أوم عبر الإنترنت تحديد العلاقة بين القوة الحالية والجهد الكهربائي ومقاومة الموصل والقدرة. لإجراء الحساب، أدخل أي معلمتين وانقر على زر الحساب.

يعتمد على حجم التأثير الذي يمكن أن يحدثه التيار على الموصل، سواء كان تأثيرًا حراريًا أو كيميائيًا أو مغناطيسيًا للتيار. أي أنه من خلال ضبط قوة التيار يمكنك التحكم في تأثيره. التيار الكهربائي بدوره هو الحركة المنتظمة للجزيئات تحت تأثير المجال الكهربائي.

الاعتماد على التيار والجهد

من الواضح أنه كلما كان تأثير المجال أقوى على الجسيمات، زادت قوة التيار في الدائرة. يتميز المجال الكهربائي بكمية تسمى الجهد. لذلك، نأتي إلى نتيجة مفادها أن القوة الحالية تعتمد على الجهد.

في الواقع، كان من الممكن تجريبيًا إثبات أن القوة الحالية تتناسب طرديًا مع الجهد. في الحالات التي تم فيها تغيير الجهد في الدائرة دون تغيير جميع المعلمات الأخرى، زاد التيار أو انخفض بنفس المعامل الذي تغير فيه الجهد.

اتصال مع المقاومة

إلا أن أي دائرة أو قسم من الدائرة يتميز بكمية مهمة أخرى تسمى المقاومة الكهربائية. المقاومة تتناسب عكسيا مع التيار . إذا قمت بتغيير قيمة المقاومة في أي قسم من الدائرة دون تغيير الجهد في نهايات هذا القسم، فإن قوة التيار ستتغير أيضاً. علاوة على ذلك، إذا قمنا بتقليل قيمة المقاومة، فإن قوة التيار ستزداد بنفس المقدار. وعلى العكس من ذلك، كلما زادت المقاومة، انخفض التيار بشكل متناسب.

صيغة قانون أوم لقسم من الدائرة

وبمقارنة هاتين التبعيتين، يمكن للمرء أن يتوصل إلى نفس النتيجة التي توصل إليها العالم الألماني جورج أوم في عام 1827. فقد ربط الكميات الفيزيائية الثلاثة المذكورة أعلاه معًا واشتق القانون الذي سمي باسمه. ينص قانون أوم لقسم من الدائرة على ما يلي:

تتناسب قوة التيار في قسم من الدائرة بشكل مباشر مع الجهد عند نهايات هذا القسم ويتناسب عكسيا مع مقاومته.

حيث أنا القوة الحالية ،
يو - الجهد،
ص - المقاومة.

تطبيق قانون أوم

قانون أوم هو واحد من القوانين الأساسية للفيزياء. لقد سمح لنا اكتشافه في وقت ما بتحقيق قفزة هائلة في العلوم. في الوقت الحالي، من المستحيل تخيل أي حساب أولي للكميات الكهربائية الأساسية لأي دائرة دون استخدام قانون أوم. إن فكرة هذا القانون ليست حكرا على مهندسي الإلكترونيات، بل هي جزء ضروري من المعرفة الأساسية لأي شخص متعلم أكثر أو أقل. فلا عجب أن هناك مقولة: "إذا كنت لا تعرف قانون أوم، فابق في المنزل."

U = الأشعة تحت الحمراءو ص = ش / أنا

صحيح، ينبغي أن يكون مفهوما أنه في الدائرة المجمعة، تكون قيمة المقاومة لقسم معين من الدائرة قيمة ثابتة، لذلك عندما تتغير القوة الحالية، سيتغير الجهد فقط والعكس صحيح. لتغيير مقاومة قسم من الدائرة، يجب إعادة تجميع الدائرة. يمكن حساب قيمة المقاومة المطلوبة عند تصميم وتجميع الدائرة الكهربائية وفقاً لقانون أوم، بناءً على القيم المتوقعة للتيار والجهد التي سيتم تمريرها عبر قسم معين من الدائرة.