Für einen Elektriker und Elektronikingenieur ist das Ohmsche Gesetz eines der Grundgesetze. Jeden Tag stellt die Arbeit einen Fachmann vor neue Herausforderungen, und oft ist es notwendig, einen Ersatz für einen durchgebrannten Widerstand oder eine Gruppe von Elementen auszuwählen. Ein Elektriker muss oft Kabel wechseln; um das richtige auszuwählen, muss man den Strom in der Last „abschätzen“, also die einfachsten physikalischen Gesetze und Zusammenhänge im Alltag anwenden. Die Bedeutung des Ohmschen Gesetzes in der Elektrotechnik ist enorm, übrigens werden die meisten Diplomarbeiten in elektrotechnischen Fachgebieten zu 70-90 % nach einer Formel berechnet.
Historische Referenz
Das Jahr, in dem das Ohmsche Gesetz entdeckt wurde, war 1826 durch den deutschen Wissenschaftler Georg Ohm. Er ermittelte und beschrieb empirisch das Gesetz über den Zusammenhang zwischen Strom, Spannung und Leiterart. Später stellte sich heraus, dass die dritte Komponente nichts anderes als Widerstand ist. Anschließend wurde dieses Gesetz nach dem Entdecker benannt, aber die Angelegenheit beschränkte sich nicht nur auf das Gesetz; als Hommage an seine Arbeit wurde eine physikalische Größe nach seinem Namen benannt.
Die Größe, mit der der Widerstand gemessen wird, ist nach Georg Ohm benannt. Widerstände haben beispielsweise zwei Hauptmerkmale: Leistung in Watt und Widerstand – Maßeinheit in Ohm, Kilo-Ohm, Mega-Ohm usw.
Ohmsches Gesetz für einen Schaltungsabschnitt
Um einen Stromkreis zu beschreiben, der keine EMF enthält, können Sie das Ohmsche Gesetz für einen Abschnitt des Stromkreises verwenden. Dies ist die einfachste Form der Aufzeichnung. Es sieht aus wie das:
Dabei ist I der Strom, gemessen in Ampere, U die Spannung in Volt und R der Widerstand in Ohm.
Diese Formel sagt uns, dass der Strom direkt proportional zur Spannung und umgekehrt proportional zum Widerstand ist – das ist die genaue Formulierung des Ohmschen Gesetzes. Die physikalische Bedeutung dieser Formel besteht darin, die Abhängigkeit des Stroms durch einen Abschnitt des Stromkreises mit bekanntem Widerstand und bekannter Spannung zu beschreiben.
Aufmerksamkeit! Diese Formel gilt für Gleichstrom, Für Wechselstrom Es gibt leichte Unterschiede, wir werden später darauf zurückkommen.
Zusätzlich zur Beziehung zwischen elektrischen Größen sagt uns diese Form, dass der Graph von Strom über Spannung im Widerstand linear ist und die Funktionsgleichung erfüllt ist:
f(x) = ky oder f(u) = IR oder f(u)=(1/R)*I
Das Ohmsche Gesetz für einen Abschnitt eines Stromkreises wird verwendet, um den Widerstand eines Widerstands in einem Abschnitt eines Stromkreises zu berechnen oder um den Strom durch ihn bei bekannter Spannung und bekanntem Widerstand zu bestimmen. Wir haben zum Beispiel einen Widerstand R mit einem Widerstandswert von 6 Ohm, an dessen Anschlüssen eine Spannung von 12 V anliegt. Wir müssen herausfinden, wie viel Strom durch ihn fließt. Berechnen wir:
I=12 V/6 Ohm=2 A
Ein idealer Leiter hat keinen Widerstand, aber aufgrund der Struktur der Moleküle der Substanz, aus der er besteht, hat jeder leitende Körper einen Widerstand. Dies war beispielsweise der Grund für den Übergang von Aluminium- zu Kupferdrähten in elektrischen Heimnetzen. Der spezifische Widerstand von Kupfer (Ohm pro 1 Meter Länge) ist geringer als der von Aluminium. Dementsprechend erwärmen sich Kupferdrähte weniger und halten höheren Strömen stand, sodass Sie einen Draht mit kleinerem Querschnitt verwenden können.
Ein weiteres Beispiel ist, dass die Spiralen von Heizgeräten und Widerständen einen hohen spezifischen Widerstand haben, weil bestehen aus verschiedenen hochohmigen Metallen wie Nichrom, Kanthal usw. Wenn sich Ladungsträger durch einen Leiter bewegen, kollidieren sie mit Partikeln im Kristallgitter, wodurch Energie in Form von Wärme und dem Leiter freigesetzt wird Aufheizen. Je größer der Strom, desto mehr Kollisionen, desto größer die Erwärmung.
Um die Erwärmung zu reduzieren, muss der Leiter entweder gekürzt oder seine Dicke (Querschnittsfläche) erhöht werden. Diese Informationen können als Formel geschrieben werden:
R-Draht =ρ(L/S)
Dabei ist ρ der spezifische Widerstand in Ohm*mm 2 /m, L die Länge in m und S die Querschnittsfläche.
Ohmsches Gesetz für Parallel- und Reihenschaltungen
Je nach Anschlussart sind unterschiedliche Muster des Stromflusses und der Spannungsverteilung zu beobachten. Für einen Abschnitt eines Stromkreises, der Elemente in Reihe verbindet, werden Spannung, Strom und Widerstand gemäß der Formel ermittelt:
Das bedeutet, dass in einem Stromkreis aus beliebig vielen in Reihe geschalteten Elementen der gleiche Strom fließt. In diesem Fall ist die an alle Elemente angelegte Spannung (die Summe der Spannungsabfälle) gleich der Ausgangsspannung der Stromquelle. An jedes Element wird individuell eine eigene Spannung angelegt, die von der Stromstärke und dem Widerstand des jeweiligen Elements abhängt:
U el =I*R-Element
Der Widerstand eines Stromkreisabschnitts für parallel geschaltete Elemente wird nach folgender Formel berechnet:
1/R=1/R1+1/R2
Für eine gemischte Verbindung müssen Sie die Kette auf eine äquivalente Form reduzieren. Wenn beispielsweise ein Widerstand mit zwei parallel geschalteten Widerständen verbunden ist, dann berechnen Sie zunächst den Widerstandswert der parallel geschalteten Widerstände. Sie erhalten den Gesamtwiderstand von zwei Widerständen und müssen ihn nur noch zum dritten Widerstand addieren, der mit ihnen in Reihe geschaltet ist.
Ohmsches Gesetz für einen vollständigen Stromkreis
Für einen kompletten Stromkreis ist eine Stromquelle erforderlich. Eine ideale Stromquelle ist ein Gerät, das die einzige Eigenschaft aufweist:
- Spannung, wenn es sich um eine EMF-Quelle handelt;
- Stromstärke, wenn es sich um eine Stromquelle handelt;
Eine solche Stromquelle ist in der Lage, jede beliebige Leistung mit unveränderten Ausgangsparametern zu liefern. In einer echten Stromquelle gibt es auch Parameter wie Leistung und Innenwiderstand. Im Wesentlichen ist der Innenwiderstand ein imaginärer Widerstand, der in Reihe mit der EMF-Quelle geschaltet ist.
Die Formel des Ohmschen Gesetzes für einen vollständigen Stromkreis sieht ähnlich aus, jedoch wird der Innenwiderstand des IP hinzugefügt. Für eine vollständige Kette lautet die Formel:
I=ε/(R+r)
Dabei ist ε die EMF in Volt, R der Lastwiderstand und r der Innenwiderstand der Stromquelle.
In der Praxis beträgt der Innenwiderstand Bruchteile eines Ohms, bei galvanischen Quellen steigt er deutlich an. Sie haben dies beobachtet, wenn zwei Batterien (neu und leer) die gleiche Spannung haben, eine jedoch den erforderlichen Strom erzeugt und ordnungsgemäß funktioniert und die zweite nicht funktioniert, weil ... sackt bei der geringsten Belastung durch.
Ohmsches Gesetz in Differential- und Integralform
Für einen homogenen Abschnitt des Stromkreises gelten die obigen Formeln; für einen inhomogenen Leiter ist es notwendig, ihn in die kürzesten Segmente zu unterteilen, damit Änderungen seiner Abmessungen innerhalb dieses Segments minimiert werden. Dies wird in Differentialform als Ohmsches Gesetz bezeichnet.
Mit anderen Worten: Die Stromdichte ist für einen unendlich kleinen Abschnitt des Leiters direkt proportional zur Spannung und Leitfähigkeit.
In integraler Form:
Ohmsches Gesetz für Wechselstrom
Bei der Berechnung von Wechselstromkreisen wird anstelle des Widerstandsbegriffs der Begriff „Impedanz“ eingeführt. Die Impedanz wird mit dem Buchstaben Z bezeichnet und umfasst den aktiven Lastwiderstand R a und die Reaktanz X (oder R r). Dies liegt an der Form des Sinusstroms (und Strömen anderer Formen) und den Parametern der induktiven Elemente sowie an den Kommutierungsgesetzen:
- Der Strom in einem Stromkreis mit Induktivität kann sich nicht sofort ändern.
- Die Spannung in einem Stromkreis mit einem Kondensator kann sich nicht sofort ändern.
Dadurch beginnt der Strom der Spannung nachzueilen oder ihr vorauszueilen, und die Gesamtleistung wird in Wirk- und Blindleistung aufgeteilt.
X L und X C sind die Blindkomponenten der Last.
In diesem Zusammenhang wird der Wert cosФ eingeführt:
Hier – Q – Re Wirkleistung, verursacht durch Wechselstrom und induktiv-kapazitive Komponenten, P – Wirkleistung (verteilt auf aktive Komponenten), S – Scheinleistung, cosФ – Leistungsfaktor.
Möglicherweise ist Ihnen aufgefallen, dass sich die Formel und ihre Darstellung mit dem Satz des Pythagoras überschneiden. Das stimmt tatsächlich, und der Winkel Ф hängt davon ab, wie groß die reaktive Komponente der Last ist – je größer sie ist, desto größer ist sie. Dies führt in der Praxis dazu, dass der tatsächlich im Netz fließende Strom größer ist als der vom Haushaltszähler erfasste Strom, während Unternehmen für den vollen Strom bezahlen.
In diesem Fall wird Widerstand in komplexer Form dargestellt:
Dabei ist j die imaginäre Einheit, die typisch für die komplexe Form von Gleichungen ist. Es wird seltener als i bezeichnet, aber in der Elektrotechnik wird auch der Effektivwert des Wechselstroms bezeichnet. Um Verwirrung zu vermeiden, ist es daher besser, j zu verwenden.
Die imaginäre Einheit ist gleich √-1. Es ist logisch, dass es im Quadrat keine solche Zahl gibt, die zu einem negativen Ergebnis von „-1“ führen kann.
Wie man sich an das Ohmsche Gesetz erinnert
Um sich an das Ohmsche Gesetz zu erinnern, können Sie sich den Wortlaut merken in einfachen Worten Typ:
Je höher die Spannung, desto höher der Strom; je höher der Widerstand, desto geringer der Strom.
Oder verwenden Sie Gedächtnisbilder und Regeln. Das erste ist die Darstellung des Ohmschen Gesetzes in Form einer Pyramide – kurz und anschaulich.
Eine mnemonische Regel ist eine vereinfachte Form eines Konzepts zum einfachen und einfachen Verstehen und Studieren. Kann entweder in mündlicher Form oder in grafischer Form erfolgen. Um die gewünschte Formel richtig zu finden, bedecken Sie die gewünschte Menge mit Ihrem Finger und erhalten Sie die Antwort in Form eines Produkts oder Quotienten. So funktioniert das:
Die zweite ist eine karikaturistische Darstellung. Hier wird gezeigt: Je mehr Ohm es versucht, desto schwieriger ist es für Ampere, durchzukommen, und je mehr Volt, desto einfacher ist es für Ampere, durchzukommen.
Das Ohmsche Gesetz ist eines der Grundgesetze der Elektrotechnik; ohne seine Kenntnis sind die meisten Berechnungen unmöglich. Und im Arbeitsalltag ist es oft notwendig, den Strom durch Widerstand umzurechnen oder zu ermitteln. Es ist überhaupt nicht notwendig, ihre Ableitung und den Ursprung aller Größen zu verstehen – aber die endgültigen Formeln müssen beherrscht werden. Abschließend möchte ich anmerken, dass es unter Elektrikern einen alten Scherzspruch gibt: „Wenn du Om nicht kennst, bleib zu Hause.“ Und wenn in jedem Witz ein Körnchen Wahrheit steckt, dann ist dieses Körnchen Wahrheit hier zu 100 % vorhanden. Studieren Sie die theoretischen Grundlagen, wenn Sie in der Praxis zum Profi werden wollen. Weitere Artikel auf unserer Seite helfen Ihnen dabei.
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Sie sagen: „Wenn Sie das Ohmsche Gesetz nicht kennen, bleiben Sie zu Hause.“ Also lasst uns herausfinden (erinnern), was für ein Gesetz das ist, und mutig einen Spaziergang machen.
Grundbegriffe des Ohmschen Gesetzes
Wie versteht man das Ohmsche Gesetz? Sie müssen nur herausfinden, was in seiner Definition steht. Und Sie sollten mit der Bestimmung von Strom, Spannung und Widerstand beginnen.
Aktuelle Stärke I
Lassen Sie in einem Leiter einen Strom fließen. Das heißt, es kommt zu einer gerichteten Bewegung geladener Teilchen – das sind zum Beispiel Elektronen. Jedes Elektron hat eine elementare elektrische Ladung (e= -1,60217662 × 10 -19 Coulomb). In diesem Fall passiert eine bestimmte elektrische Ladung, die der Summe aller Ladungen fließender Elektronen entspricht, in einem bestimmten Zeitraum eine bestimmte Oberfläche.
Das Verhältnis von Ladung zu Zeit nennt man Stromstärke. Je mehr Ladung pro Stück durch einen Leiter fließt bestimmte Zeit, desto größer ist der Strom. Die aktuelle Stärke wird in gemessen Ampere.
Spannung U oder Potenzialdifferenz
Genau das ist es, was Elektronen in Bewegung bringt. Das elektrische Potenzial charakterisiert die Fähigkeit eines Feldes, Ladung von einem Punkt zum anderen zu übertragen. Zwischen zwei Punkten eines Leiters besteht also eine Potentialdifferenz, und das elektrische Feld dient der Ladungsübertragung.
Eine physikalische Größe, die der Arbeit des effektiven elektrischen Feldes bei der Übertragung elektrischer Ladung entspricht, wird Spannung genannt. Gemessen in Voltach. Eins Volt ist die Spannung, die entsteht, wenn sich eine Ladung bewegt 1 Cl funktioniert gleich 1 Joule.
Widerstand R
Wie wir wissen, fließt Strom in einem Leiter. Lass es eine Art Draht sein. Wenn sich Elektronen unter dem Einfluss eines Feldes entlang eines Drahtes bewegen, kollidieren sie mit Atomen des Drahtes, der Leiter erwärmt sich und die Atome im Kristallgitter beginnen zu vibrieren, was die Bewegung der Elektronen noch schwieriger macht. Dieses Phänomen nennt man Widerstand. Sie ist abhängig von Temperatur, Material, Leiterquerschnitt und wird in gemessen Omaha.
Formulierung und Erklärung des Ohmschen Gesetzes
Das Gesetz des Deutschlehrers Georg Ohm ist sehr einfach. Es liest:
Die Stromstärke in einem Abschnitt des Stromkreises ist direkt proportional zur Spannung und umgekehrt proportional zum Widerstand.
Georg Ohm leitete dieses Gesetz experimentell (empirisch) ab 1826 Jahr. Je größer der Widerstand des Stromkreisabschnitts ist, desto geringer ist natürlich der Strom. Je höher die Spannung, desto größer der Strom.
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Diese Formulierung des Ohmschen Gesetzes ist die einfachste und eignet sich für einen Abschnitt eines Stromkreises. Mit „Stromkreisabschnitt“ meinen wir, dass es sich um einen homogenen Abschnitt handelt, in dem es keine Stromquellen mit EMF gibt. Vereinfacht ausgedrückt enthält dieser Abschnitt eine Art Widerstand, es befindet sich jedoch keine Batterie darin, die den Strom selbst liefert.
Wenn wir das Ohmsche Gesetz für einen vollständigen Stromkreis betrachten, wird seine Formulierung etwas anders sein.
Nehmen wir einen Stromkreis mit einer Stromquelle, die Spannung erzeugt, und einer Art Widerstand.
Das Gesetz wird wie folgt geschrieben:
Die Erklärung des Ohmschen Gesetzes für eine Hohlkette unterscheidet sich nicht grundsätzlich von der Erklärung für einen Abschnitt einer Kette. Wie Sie sehen, ist der Widerstand die Summe aus dem Widerstand selbst und dem Innenwiderstand der Stromquelle und erscheint in der Formel anstelle der Spannung elektromotorische Kraft Quelle.
Lesen Sie übrigens in unserem separaten Artikel, was EMF ist.
Wie versteht man das Ohmsche Gesetz?
Um das Ohmsche Gesetz intuitiv zu verstehen, wenden wir uns der Analogie der Darstellung eines Stroms in Form einer Flüssigkeit zu. Genau das dachte sich Georg Ohm, als er Experimente durchführte, die zur Entdeckung des nach ihm benannten Gesetzes führten.
Stellen wir uns vor, dass Strom nicht die Bewegung von Ladungsträgerteilchen in einem Leiter ist, sondern die Bewegung des Wasserflusses in einem Rohr. Zunächst wird das Wasser von einer Pumpe zur Pumpstation gefördert, von dort aus tendiert es unter dem Einfluss potenzieller Energie nach unten und fließt durch das Rohr. Darüber hinaus gilt: Je höher die Pumpe das Wasser pumpt, desto schneller fließt es im Rohr.
Daraus folgt, dass die Geschwindigkeit des Wasserflusses (Stromstärke im Draht) umso größer ist, je größer die potentielle Energie des Wassers (Potentialdifferenz) ist.
Die Stromstärke ist direkt proportional zur Spannung.
Wenden wir uns nun dem Widerstand zu. Der hydraulische Widerstand ist der Widerstand eines Rohres aufgrund seines Durchmessers und seiner Wandrauheit. Es ist logisch anzunehmen, dass je größer der Durchmesser ist, desto geringer ist der Widerstand des Rohrs und desto mehr Wasser (höhere Strömung) fließt durch seinen Querschnitt.
Die Stromstärke ist umgekehrt proportional zum Widerstand.
Diese Analogie kann nur für ein grundlegendes Verständnis des Ohmschen Gesetzes herangezogen werden, da es sich bei seiner ursprünglichen Form tatsächlich um eine eher grobe Näherung handelt, die dennoch in der Praxis hervorragende Anwendung findet.
In Wirklichkeit beruht der Widerstand einer Substanz auf den Schwingungen der Atome des Kristallgitters und der Strom auf der Bewegung freier Ladungsträger. In Metallen sind freie Ladungsträger Elektronen, die aus Atombahnen entwichen sind.
In diesem Artikel haben wir versucht, eine einfache Erklärung des Ohmschen Gesetzes zu geben. Das Wissen über diese scheinbar einfachen Dinge kann Ihnen bei der Prüfung gute Dienste leisten. Natürlich haben wir die einfachste Formulierung des Ohmschen Gesetzes gegeben und werden jetzt nicht in den Dschungel der höheren Physik vordringen und uns mit aktiven und beschäftigen Reaktanz und andere Feinheiten.
Wenn Sie einen solchen Bedarf haben, helfen Ihnen unsere Mitarbeiter gerne weiter. Und zum Schluss laden wir Sie ein, vorbeizuschauen interessantes Videoüber das Ohmsche Gesetz. Das ist wirklich lehrreich!
Das Grundgesetz der Elektrotechnik, mit dem man elektrische Schaltkreise studieren und berechnen kann, ist das Ohmsche Gesetz, das den Zusammenhang zwischen Strom, Spannung und Widerstand herstellt. Es ist notwendig, sein Wesen klar zu verstehen und es bei der Lösung praktischer Probleme richtig anwenden zu können. In der Elektrotechnik werden häufig Fehler gemacht, weil das Ohmsche Gesetz nicht richtig angewendet werden kann.
Das Ohmsche Gesetz für einen Schaltungsabschnitt besagt: Der Strom ist direkt proportional zur Spannung und umgekehrt proportional zum Widerstand.
Wenn Sie die in einem Stromkreis wirkende Spannung mehrmals erhöhen, erhöht sich der Strom in diesem Stromkreis um den gleichen Betrag. Und wenn Sie den Widerstand des Stromkreises mehrmals erhöhen, verringert sich der Strom um den gleichen Betrag. Je höher der Druck und je weniger Widerstand das Rohr der Bewegung des Wassers entgegensetzt, desto größer ist auch der Wasserdurchfluss im Rohr.
Um das Ohmsche Gesetz mathematisch am einfachsten auszudrücken, wird angenommen, dass Der Widerstand eines Leiters, in dem bei einer Spannung von 1 V ein Strom von 1 A fließt, beträgt 1 Ohm.
Die Stromstärke in Ampere lässt sich immer ermitteln, indem man die Spannung in Volt durch den Widerstand in Ohm dividiert. Deshalb Ohmsches Gesetz für einen Schaltungsabschnitt wird durch die folgende Formel geschrieben:
I = U/R.
Magisches Dreieck
Jeder Abschnitt oder jedes Element eines Stromkreises kann anhand von drei Merkmalen charakterisiert werden: Strom, Spannung und Widerstand.
So verwenden Sie das Ohmsche Dreieck: Schließen Sie den gewünschten Wert. Die anderen beiden Symbole geben die Formel für die Berechnung an. Übrigens nennt man das Ohmsche Gesetz nur eine Formel aus dem Dreieck – diejenige, die die Abhängigkeit des Stroms von Spannung und Widerstand widerspiegelt. Die anderen beiden Formeln sind zwar ihre Konsequenzen, haben aber keine physikalische Bedeutung.
Mit dem Ohmschen Gesetz durchgeführte Berechnungen für einen Abschnitt eines Stromkreises sind korrekt, wenn die Spannung in Volt, der Widerstand in Ohm und der Strom in Ampere ausgedrückt werden. Wenn mehrere Maßeinheiten für diese Größen verwendet werden (z. B. Milliampere, Millivolt, Megaohm usw.), sollten diese in Ampere, Volt bzw. Ohm umgerechnet werden. Um dies zu betonen, wird die Formel des Ohmschen Gesetzes für einen Abschnitt eines Stromkreises manchmal so geschrieben:
Ampere = Volt/Ohm
Sie können den Strom auch in Milliampere und Mikroampere berechnen, während die Spannung in Volt und der Widerstand in Kiloohm bzw. Megaohm ausgedrückt werden sollte.
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Die Berechnung der Spannung mithilfe des Ohmschen Gesetzes kann anhand des folgenden Beispiels veranschaulicht werden. Lassen Sie einen Strom von 5 mA durch einen Abschnitt eines Stromkreises mit einem Widerstand von 10 kOhm fließen und Sie müssen die Spannung in diesem Abschnitt bestimmen.
Multiplizieren I = 0,005 A bei R -10000 Ohm, wir erhalten eine Spannung von 5 0 V. Das gleiche Ergebnis könnten wir erhalten, indem wir 5 mA mit 10 kOhm multiplizieren: U = 50 V
IN elektronische Geräte Der Strom wird normalerweise in Milliampere und der Widerstand in Kiloohm ausgedrückt. Daher ist es sinnvoll, diese Maßeinheiten bei Berechnungen nach dem Ohmschen Gesetz zu verwenden.
Das Ohmsche Gesetz berechnet auch den Widerstand, wenn Spannung und Strom bekannt sind. Die Formel für diesen Fall lautet wie folgt: R = U/I.
Der Widerstand ist immer ein Verhältnis von Spannung zu Strom. Wenn die Spannung mehrmals erhöht oder verringert wird, erhöht oder verringert sich der Strom um die gleiche Anzahl. Das Verhältnis von Spannung zu Strom, gleich dem Widerstand, bleibt unverändert.
Die Formel zur Widerstandsbestimmung ist nicht so zu verstehen, dass der Widerstand eines gegebenen Leiters vom Abfluss und der Spannung abhängt. Es ist bekannt, dass es von der Länge, der Querschnittsfläche und dem Material des Leiters abhängt. Von Aussehen Die Formel zur Bestimmung des Widerstands ähnelt der Formel zur Berechnung des Stroms, es gibt jedoch einen grundlegenden Unterschied zwischen ihnen.
Der Strom in einem bestimmten Abschnitt des Stromkreises hängt wirklich von der Spannung und dem Widerstand ab und ändert sich, wenn sich diese ändern. Und der Widerstand eines bestimmten Abschnitts des Stromkreises ist ein konstanter Wert, unabhängig von Spannungs- und Stromänderungen, aber gleich dem Verhältnis dieser Werte.
Wenn in zwei Abschnitten eines Stromkreises derselbe Strom fließt und die an sie angelegten Spannungen unterschiedlich sind, ist klar, dass der Abschnitt, an den die höhere Spannung angelegt wird, einen entsprechend größeren Widerstand hat.
Und wenn unter dem Einfluss der gleichen Spannung in zwei verschiedenen Abschnitten des Stromkreises unterschiedliche Ströme fließen, dann fließt der kleinere Strom immer in dem Abschnitt mit dem größeren Widerstand. All dies ergibt sich aus der Grundformulierung des Ohmschen Gesetzes für einen Stromkreisabschnitt, d. h. aus der Tatsache, dass je größer der Strom, desto größer die Spannung und desto geringer der Widerstand.
Anhand des folgenden Beispiels zeigen wir die Widerstandsberechnung nach dem Ohmschen Gesetz für einen Stromkreisabschnitt. Sie müssen den Widerstand des Abschnitts ermitteln, durch den ein Strom von 50 mA bei einer Spannung von 40 V fließt. Wenn wir den Strom in Ampere ausdrücken, erhalten wir I = 0,05 A. Teilen Sie 40 durch 0,05 und stellen Sie fest, dass der Widerstand 800 Ohm beträgt.
Das Ohmsche Gesetz lässt sich anschaulich als sogenanntes Gesetz darstellen Strom-Spannungs-Kennlinien. Wie Sie wissen, ist eine direkte proportionale Beziehung zwischen zwei Größen eine Gerade, die durch den Ursprung verläuft. Diese Abhängigkeit wird üblicherweise als linear bezeichnet.
In Abb. Abbildung 2 zeigt als Beispiel ein Diagramm des Ohmschen Gesetzes für einen Abschnitt eines Stromkreises mit einem Widerstand von 100 Ohm. Die horizontale Achse stellt die Spannung in Volt und die vertikale Achse den Strom in Ampere dar. Die Skalierung von Strom und Spannung ist frei wählbar. Eine gerade Linie wird so gezeichnet, dass für jeden Punkt das Verhältnis von Spannung zu Strom 100 Ohm beträgt. Wenn beispielsweise U = 50 V, dann I = 0,5 A und R = 50: 0,5 = 100 Ohm.
Reis. 2. Ohmsches Gesetz (Volt-Ampere-Kennlinie)
Der Graph des Ohmschen Gesetzes für negative Strom- und Spannungswerte hat das gleiche Aussehen. Dies zeigt an, dass der Strom im Stromkreis in beide Richtungen gleichmäßig fließt. Je größer der Widerstand, desto weniger Strom wird bei gegebener Spannung erhalten und desto flacher ist die Gerade.
Als Geräte werden Geräte bezeichnet, bei denen die Strom-Spannungs-Kennlinie eine Gerade durch den Koordinatenursprung ist, d. h. der Widerstand konstant bleibt, wenn sich die Spannung oder der Strom ändert lineare Geräte. Es werden auch die Begriffe lineare Schaltkreise und lineare Widerstände verwendet.
Es gibt auch Geräte, bei denen sich der Widerstand ändert, wenn sich Spannung oder Strom ändern. Dann wird der Zusammenhang zwischen Strom und Spannung nicht nach dem Ohmschen Gesetz, sondern auf komplexere Weise ausgedrückt. Bei solchen Geräten ist die Strom-Spannungs-Kennlinie keine gerade Linie, die durch den Koordinatenursprung verläuft, sondern entweder eine Kurve oder eine gestrichelte Linie. Diese Geräte werden als nichtlinear bezeichnet.
Gedächtnisdiagramm für das Ohmsche Gesetz
Ohmsches Gesetz für einen vollständigen Stromkreis
Dh Dt=I2RDt+I2rDt, e=IR+Ir
Für alle Gebühren: 
Faulheitsregel:
34.
Elektrolyte -
Elektrolyse -
Faradaysche Gesetze:
36. Elektrischer Strom im Vakuum
Beschreibung
Glühemission
magnetisch.
Grundlegende Feldeigenschaften:
Transistor
Fotowiderstand
Thermistor
Faradaysches Gesetz:
, 
Gimlet-Regel:
Paramagnetische Materialien:
Diamagnete:
41. Elektromagnetische Induktion
Faradaysches Gesetz:
Lenzsche Regel:
42. Selbstinduktion -
Die Stromstärke I ist direkt proportional zur Spannung U und umgekehrt proportional zum elektrischen Widerstand R des Zielgebiets.
30. Die physikalische Bedeutung des spezifischen Widerstands in SI: der Widerstand eines homogenen Leiterstücks von 1 m Länge und einer stromdurchflossenen Querschnittsfläche von 1 m².
Ausgedrückt in Ohm mm²/m
Bezeichnet mit dem Symbol ρ
Abhängigkeit des Leiterwiderstands von seinen physikalischen Abmessungen, der Art des Stoffes und der Temperatur: Der spezifische Widerstand und damit der Widerstand von Metallen ist temperaturabhängig und nimmt mit der Temperatur zu. Die Temperaturabhängigkeit des Leiterwiderstands wird dadurch erklärt
die Intensität der Dispersion (Anzahl der Kollisionen) von Ladungsträgern nimmt mit steigender Temperatur zu; Ihre Konzentration ändert sich, wenn der Leiter erhitzt wird.
Die Erfahrung zeigt, dass bei nicht zu hohen und nicht zu niedrigen Temperaturen die Abhängigkeiten des spezifischen Widerstands und des Leiterwiderstands von der Temperatur durch die Formeln ausgedrückt werden:
wobei ρ0, ρt die spezifischen Widerstände der Leitersubstanz bei 0 °C bzw. t °C sind; R0, Rt – Leiterwiderstand bei 0 °C und t °C, α – Temperaturkoeffizient des Widerstands: gemessen in SI in Kelvin minus der ersten Potenz (K-1). Für metallische Leiter gelten diese Formeln ab Temperaturen von 140 K und höher.
Supraleitung- die Eigenschaft einiger Materialien, bei Erreichen einer Temperatur unter einem bestimmten Wert (kritische Temperatur) einen elektrischen Widerstand von Null zu haben.
31. Regeln zur Berechnung des äquivalenten Widerstands von Spannung und Strom in Reihe und parallele Verbindung Stromverbraucher: Neben Widerständen kann eine Reihenschaltung in Wechselstromkreisen auch reaktive Elemente enthalten – Induktivität und Kapazität.
Unter Verwendung des Potentialkonzepts kann der Spannungsabfall über einer Reihenschaltung (Abb. 1) als Summe der Spannungsabfälle über einzelnen Elementen dargestellt werden
Eine Reihenschaltung enthält keine Knoten, sodass durch alle ihre Elemente der gleiche Strom fließt. Sei dieser Strom gleich i=Imsinwt, dann wird unter Berücksichtigung der Ausdrücke für den Spannungsabfall an den reaktiven Elementen Ausdruck (1) in die Form umgewandelt
Somit kann bei einem gegebenen Frequenzwert eine Reihenschaltung durch eine Reihenschaltung eines Widerstands, eines reaktiven Elements und einer EMF-Quelle dargestellt werden, deren Parameter durch die Ausdrücke (3), (4), ( 6) und (7). Ein Widerstand, ein reaktives Element und eine EMF-Quelle sind der Mindestsatz an Elementen, mit denen Sie eine Reihenschaltung darstellen können. Wenn in der Schaltung beide Arten von reaktiven Elementen (Induktivität und Kapazität) vorhanden sind, ist nur eines davon im minimalen Satz von Elementen (minimales Ersatzschaltbild) vorhanden.
Fehlen in der Originalschaltung Elemente wie Widerstände oder EMK-Quellen, fehlen auch die entsprechenden Komponenten der äquivalenten Darstellung.
32. Die Rolle der Quelle im Stromkreis: 1. Die Stromquelle im Stromkreis erzeugt einen Strom, der nicht vom Lastwiderstand abhängt.
2. Elektromotorische Kraft (EMF) – ein Merkmal der Fähigkeit äußerer Kräfte, an den Polen einer Stromquelle eine größere oder kleinere Potenzialdifferenz zu erzeugen. Die physikalische Bedeutung von EMF – elektromotorische Kraft ist gleich der Arbeit äußerer Kräfte, um eine Ladungseinheit zu bewegen.
Art der äußeren Kräfte: Die Natur äußerer Kräfte kann sehr unterschiedlich sein, sie müssen jedoch „äußerlich“ sein – nicht elektrostatisch. Es folgt dem
Auf eine elektrische Ladung wirken keine äußeren Kräfte. Abhängig von ihrer physikalischen Natur können äußere Kräfte auf andere Eigenschaften geladener Teilchen einwirken – Masse, Form, Größe, Dichte, ihre kollektiven Eigenschaften – Konzentration usw.
Die überwiegende Mehrheit der Streitkräfte Dritter ist kein „Feld“-Einsatz. Daher ist es unerwünscht, die Wirkung dieser Kräfte als Manifestation eines „Feldes äußerer Kräfte“ zu beschreiben. Wird diese Darstellung dennoch verwendet, so ist zu berücksichtigen, dass es sich bei den „Testkörpern“ in diesen „Feldern“ nicht um elektrische, sondern um andere „Ladungen“ handelt (siehe Text zu Formel (1)).
Die Einwirkung äußerer Kräfte wird immer von der Generation begleitet elektrische Energie- die Bildung einer Potentialdifferenz an einigen voneinander entfernten (leitenden) Körpern – den „Anschlüssen“ des Generators, an denen elektrische Ladungen konzentriert sind. Deshalb
Fremdkräfte „wirken“ nur innerhalb des Generators. Außerhalb des Generators wirken elektrostatische (potenzielle) Kräfte auf geladene Teilchen.
Ohmsches Gesetz für einen vollständigen Stromkreis
AST=Ie D t - Arbeit äußerer Kräfte, da q=IDt,
AST=I2RDt+I2rDt - Vollzeitstelleäußere Kräfte.
Dh Dt=I2RDt+I2rDt, e=IR+Ir
Die Stromstärke in einem geschlossenen Stromkreis ist direkt proportional zur EMK der Stromquelle und umgekehrt proportional zur Summe aus Außen- und Innenwiderstand.
33. Formeln für die Arbeit des Stroms in einem Abschnitt des Stromkreises und die Leistung des elektrischen Stroms:
Für eine einzige Ladung Abschnitt A-B:
Für alle Gebühren:
Denn Strom ist nichts anderes als die Anzahl der Ladungen pro Zeiteinheit
Per Definition ist das Ergebnis:
Da die Strom- und Spannungswerte konstant sind und zu jedem Zeitpunkt den Momentanwerten entsprechen, kann die Leistung anhand der Formeln berechnet werden:
Faulheitsregel: Der in einem geschlossenen Stromkreis entstehende Induktionsstrom wirkt mit seinem Magnetfeld der Änderung des magnetischen Flusses entgegen, durch die er verursacht wird.
Hauptgründe Kurzschluss und Brände unter häuslichen Bedingungen:
Betrieb leistungsstarker Geräte, die an Steckdosen angeschlossen sind, die in Räumen mit hoher Luftfeuchtigkeit installiert sind;
schlechter Kontakt des Steckers mit der Steckdose, was zur Bildung hoher Temperaturen während des Gebrauchs führt;
Installation elektrischer Geräte, die nicht der Leistung der verwendeten Geräte entsprechen;
direkter Kontakt von Drähten aus unterschiedlichen Materialien, der auch bei normaler elektrischer Belastung zur Erwärmung benachbarter Bereiche führt;
Überspannung;
schlechte Isolierung der elektrischen Leitungen;
Anwesenheit von Nagetieren in Häusern, die die elektrische Isolierung zerstören
34. Bedingungen für den Stromdurchgang in Flüssigkeiten: Flüssigkeiten können wie Feststoffe Dielektrika, Leiter und Halbleiter sein. Zu den Dielektrika zählen destilliertes Wasser, zu den Leitern Lösungen und Schmelzen von Elektrolyten: Säuren, Laugen und Salze. Flüssige Halbleiter sind geschmolzenes Selen, geschmolzene Sulfide usw.
Elektrolyte - Stoffe, deren Schmelzen oder Lösungen durch Dissoziation in Ionen elektrischen Strom leiten, die Stoffe selbst jedoch keinen elektrischen Strom leiten.
Elektrolytische Dissoziation- der Prozess der Zersetzung eines Elektrolyten in Ionen beim Auflösen in einem polaren Lösungsmittel oder beim Schmelzen.
Elektrolyse - ein physikalischer und chemischer Prozess, der in der Freisetzung von Bestandteilen gelöster Stoffe oder anderer Stoffe an den Elektroden besteht, die das Ergebnis von Sekundärreaktionen an den Elektroden sind, die auftreten, wenn ein elektrischer Strom durch eine Lösung oder einen geschmolzenen Elektrolyten fließt.
Faradaysche Gesetze: Faradays erstes Gesetz der Elektrolyse: Die Masse einer Substanz, die sich während der Elektrolyse auf einer Elektrode ablagert, ist direkt proportional zur an diese Elektrode übertragenen Strommenge. Mit Elektrizitätsmenge meinen wir elektrische Ladung, die normalerweise in Coulomb gemessen wird.
Faradays zweites Gesetz der Elektrolyse: z angegebene Menge Elektrizität (elektrische Ladung) Die auf einer Elektrode abgeschiedene Masse eines chemischen Elements ist direkt proportional zur äquivalenten Masse des Elements. Die äquivalente Masse eines Stoffes ist seine Molmasse dividiert durch eine ganze Zahl, abhängig von der chemischen Reaktion, an der der Stoff beteiligt ist.
35. Elektrischer Strom in Gasen ist die gerichtete Bewegung von Ionen und Elektronen.
Elektrischer Strom in Gasen wird als Gasentladung bezeichnet.
Gesamtstrom in einem Gas besteht aus zwei Strömen geladener Teilchen: einem zur Kathode gerichteten Strom und einem zur Anode gerichteten Strom.
Gase kombinieren elektronische Leitfähigkeit, ähnlich der Leitfähigkeit von Metallen, mit ionischer Leitfähigkeit, ähnlich der Leitfähigkeit wässriger Lösungen oder Elektrolytschmelzen.
Somit hat die Leitfähigkeit von Gasen einen ionenelektronischen Charakter.
Eine nicht selbsterhaltende Entladung ist eine Entladung, die von der Anwesenheit eines Ionisators abhängt.
Alle Gasentladungen werden in zwei Haupttypen unterteilt:
1. Unter Einwirkung externer Ionisatoren (Fremdhersteller) kommt es im Gerät zu einer nicht selbsterhaltenden Gasentladung. Diese Kategorie wiederum ist in mehrere Untertypen unterteilt:
a) stille Entladung (tritt auf, wenn das Gerät einer Reihe natürlicher Ionisatoren ausgesetzt ist: kosmische Strahlung, Strahlung aus der Erdkruste, aktive Sonnenaktivität usw.);
36. Elektrischer Strom im Vakuum
Bewegung geladener freier Teilchen, die aus der Emission im Vakuum unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes resultiert
Beschreibung
Um im Vakuum elektrischen Strom zu erzeugen, ist die Anwesenheit freier Ladungsträger erforderlich. Sie können durch die Emission von Elektronen durch Metalle gewonnen werden – Elektronenemission (von lat. emissio – Freisetzung).
Bekanntlich bleiben Elektronen bei normalen Temperaturen im Metall erhalten, obwohl sie einer thermischen Bewegung unterliegen. In der Nähe der Oberfläche wirken daher Kräfte auf die Elektronen, die in das Metall hinein gerichtet sind. Dabei handelt es sich um Kräfte, die aus der Anziehung zwischen Elektronen und positiven Ionen im Kristallgitter resultieren. Dadurch entsteht in der Oberflächenschicht von Metallen ein elektrisches Feld und das Potential erhöht sich beim Übergang vom Außenraum in das Metall um einen bestimmten Wert Dj. Dementsprechend nimmt die potentielle Energie des Elektrons um eDj ab.
Glühemission ist die Emission von Elektronen durch erhitzte Metalle. Die Konzentration freier Elektronen in Metallen ist ziemlich hoch, daher verfügen einige Elektronen aufgrund der Verteilung der Elektronengeschwindigkeiten (Energien) selbst bei Durchschnittstemperaturen über ausreichend Energie, um die Potentialbarriere an der Metallgrenze zu überwinden. Mit zunehmender Temperatur nimmt die Anzahl der Elektronen zu, deren kinetische Energie der thermischen Bewegung größer als die Austrittsarbeit ist, und das Phänomen der thermionischen Emission macht sich bemerkbar.
IN basiert auf dem Funktionsprinzip einer Halbleiterdiode- Eigenschaften des Elektron-Loch-Übergangs, insbesondere starke Asymmetrie der Strom-Spannungs-Kennlinie relativ zum Nullpunkt. Dabei wird zwischen direkter und umgekehrter Verbindung unterschieden. Bei direktem Anschluss hat die Diode einen geringen elektrischen Widerstand und leitet den Strom gut. Umgekehrt – bei einer Spannung kleiner als der Durchbruchspannung ist der Widerstand sehr hoch und der Strom wird blockiert.
37. Ein Feld namens Feld entsteht um einen Leiter, der Strom im Raum führt. magnetisch.
Grundlegende Feldeigenschaften:
Ein magnetisches Feld wird durch ein elektrisches Feld erzeugt
Das Magnetfeld wird durch die Wirkung eines elektrischen Stroms bestimmt
Magnetischer Induktionsvektor und magnetische Induktionslinien:
B – (magnetischer Induktionsvektor) ist die für das Magnetfeld charakteristische Zahl.
Unter Richtung B versteht man die Richtung vom Südpol S zum Nord-N-Pol der Magnetnadel nach N, die sich im Allgemeinen im Magnetfeld einstellt.
38. Elektrischer Strom durch den Kontakt von Halbleitern vom p- und n-Typ.
Wenn ein Kontakt zwischen p- und n-Halbleitern entsteht, kommt es zur Diffusion; einige Elektronen werden auf den n-Halbleiter übertragen. Das entstehende elektrische Feld verhindert Bewegungen.
Eine Diode ist ein Gerät zur Gleichrichtung von elektrischem Strom.
Transistor besteht aus 2 p-Typ-Halbleitern, zwischen ihnen befindet sich eine Schicht aus n-Typ-Fremdstoffen, die Dicke der Schichten beträgt etwa Mikrometer, im Transistor gibt es 3 Ausgänge von jedem Teil. Der Transistor ist so an das Netzwerk angeschlossen, dass der linke pn-Übergang direkt ist.
Fotowiderstand- ein Halbleiterbauelement, das seinen Widerstandswert ändert, wenn es mit Licht bestrahlt wird.
Die wichtigsten Parameter von Fotowiderständen:
integrale Empfindlichkeit – das Verhältnis der Spannungsänderung pro Leistungseinheit der einfallenden Strahlung (beim Nennwert der Versorgungsspannung);
Empfindlichkeitsschwelle – der Wert des minimalen Signals, das von einem Fotowiderstand aufgezeichnet wird, bezogen auf eine Einheit des Betriebsfrequenzbandes.
Thermistor- ein Halbleiterwiderstand, dessen elektrischer Widerstand maßgeblich von der Temperatur abhängt.
39. Wechselwirkung paralleler Ströme
Faradaysches Gesetz:
,
Dabei ist µ die magnetische Eigenschaft des Mediums, die magnetische Permeabilität genannt wird.
Die Richtung der Ströme beeinflusst die Stärke der Wechselwirkung.
In Analogie zur Elektrostatik, wo Kraft die Spannung und Spannung die Induktion bestimmt, bestimmen Spannung und Induktion im Magnetismus die Krafteigenschaften. Es ist üblich, die Spannung als Hauptkraftcharakteristik in der Elektrostatik und die Induktion im Magnetismus zu betrachten.
Gimlet-Regel:
Wenn der Strom entlang der Drehung des Bohrers geleitet wird, dreht sich der Kopf entlang der Kraftlinie. An jedem Punkt im Raum stimmt die Richtung der Feldlinien mit der Richtung der Tangente überein. Somit sind die magnetischen Feldlinien geschlossen.
40. Es gibt verschiedene Arten der Wechselwirkung von Materialien mit einem Magnetfeld, darunter:
Ferromagnete und Ferrimagnete: Materialien, die normalerweise als „magnetisch“ gelten; Sie werden vom Magneten so stark angezogen, dass die Anziehung spürbar ist. Nur diese Materialien können die Magnetisierung beibehalten und zu Permanentmagneten werden. Ferrimagnetische Materialien sind ähnlich, aber schwächer als ferromagnetische Materialien. Der Unterschied zwischen ferro- und ferrimagnetischen Materialien hängt mit ihrer mikroskopischen Struktur zusammen.
Paramagnetische Materialien: Substanzen wie Platin, Aluminium und Sauerstoff, die von einem Magneten schwach angezogen werden. Dieser Effekt ist hunderttausendmal schwächer als die Anziehungskraft ferromagnetischer Materialien und kann daher nur mit empfindlichen Instrumenten oder sehr starken Magneten nachgewiesen werden.
Diamagnete: Stoffe, die entgegen der Richtung eines äußeren Magnetfeldes magnetisiert werden. Im Vergleich zu paramagnetischen und ferromagnetischen Stoffen werden diamagnetische Stoffe wie Kohlenstoff, Kupfer, Wasser und Kunststoffe von einem Magneten noch weniger abgestoßen. Die Permeabilität diamagnetischer Materialien ist geringer als die Permeabilität von Vakuum. Alle Stoffe, die keine der anderen Arten von Magnetismus besitzen, sind diamagnetisch; Hierzu zählen die meisten Stoffe. Die Kräfte, die ein herkömmlicher Magnet auf diamagnetische Objekte ausübt, sind zu schwach. In den starken Magnetfeldern supraleitender Magnete können jedoch diamagnetische Materialien, wie zum Beispiel Bleistücke, schweben. Da Kohlenstoff und Wasser diamagnetische Substanzen sind, können sogar organische Objekte in einem starken Magnetfeld schweben. Zum Beispiel lebende Frösche und Mäuse.
41. Elektromagnetische Induktion- das Phänomen des Auftretens von elektrischem Strom in einem geschlossenen Stromkreis, wenn sich der durch ihn fließende magnetische Fluss ändert.
Faradaysches Gesetz: Bei jedem geschlossenen Regelkreis ist die induzierte elektromotorische Kraft (EMF) gleich der Änderungsrate des magnetischen Flusses, der durch diesen Regelkreis fließt.
Lenzsche Regel: Der in einem geschlossenen Stromkreis entstehende induktive Strom wirkt mit seinem Magnetfeld der Änderung des magnetischen Flusses entgegen, durch die er verursacht wird.
Wenn Sie einen Leiter in ein Magnetfeld bringen und ihn so bewegen, dass er während seiner Bewegung die Feldlinien schneidet, entsteht im Leiter eine elektromotorische Kraft, die als induzierte EMK bezeichnet wird. Eine induzierte EMK tritt in einem Leiter auch dann auf, wenn der Leiter selbst stationär bleibt und sich das Magnetfeld bewegt und den Leiter mit seinen Kraftlinien kreuzt. Wenn der Leiter, in dem die induzierte EMK induziert wird, mit einem externen Stromkreis kurzgeschlossen wird, fließt unter der Wirkung dieser EMK ein Strom, der als induzierter Strom bezeichnet wird, durch den Stromkreis. Das Phänomen der Induktion von EMF in einem Leiter, wenn dieser von magnetischen Feldlinien durchquert wird, wird elektromagnetische Induktion genannt. Die Größe der induzierten EMK, die in einem Leiter auftritt, wenn er sich in einem Magnetfeld bewegt, ist also direkt proportional zur Induktion des Magnetfelds, der Länge des Leiters und der Geschwindigkeit seiner Bewegung.
42. Selbstinduktion - das Auftreten einer induzierten EMK in einem geschlossenen Stromkreis, wenn sich der durch den Stromkreis fließende Strom ändert.
Induktivität (oder Selbstinduktivitätskoeffizient)- Proportionalitätskoeffizient zwischen elektrischer Schock, der in einem geschlossenen Kreislauf fließt, und der magnetische Fluss, der durch diesen Strom durch die Oberfläche erzeugt wird, deren Rand dieser Kreislauf ist.
Selbstinduktion ist das Phänomen des Auftretens einer induzierten EMK in einem Stromkreis als Folge einer Änderung der Stromstärke. Die entstehende EMK wird Selbstinduktions-EMK genannt
WennICH - aktuelle Stärke,U - Spannung, aR - Widerstand also
ICH =
Dieses Gesetz istName des Ohmschen Gesetzes , benannt nach dem Wissenschaftler, der es entdeckt hat.
Oft ist es notwendig, den Strom in einem Stromkreis zu regulieren. Zu diesem Zweck werden spezielle Geräte namens Rheostate verwendet. Bei einem Rheostat wird ein Draht aus einem Material mit hohem Widerstand um einen Keramikzylinder gewickelt. Oberhalb der Wicklung befindet sich ein Metallstab, entlang dem sich der Kontakt bewegen kann. Der Kontakt wird gegen die Wicklung gedrückt; Wenn es sich bewegt, ändert sich die Länge der Wicklung, durch die der Strom fließt, und dementsprechend der Widerstand des Rheostaten. Der Rheostat und sein Symbol in den Diagrammen sind in Abbildung 17 dargestellt.
Ohmsches Gesetz für einen vollständigen Stromkreis
Lass es ZeitT Durch den Querschnitt des Leiters fließt eine elektrische LadungQ. Dann lässt sich die Arbeit äußerer Kräfte beim Bewegen einer Ladung wie folgt schreiben:
Ast = q.
Nach der Definition von Strom
q = Es.
Deshalb
Ast = Es .
Bei der Durchführung dieser Arbeiten an den internen und externen Abschnitten des Stromkreises, deren WiderstandR UndR Dabei wird etwas Wärme freigesetztQ . Nach dem Joule-Lenz-Gesetz ist es gleich:
Q = I Rt + I r.
Nach dem Energieerhaltungssatz
A = Q.
Somit,
= IR + ICH R.
Das Produkt aus Strom und Widerstand eines Abschnitts eines Stromkreises wird oft als Spannungsabfall über diesem Abschnitt bezeichnet. Somit ist die EMF gleich der Summe der Spannungsabfälle im internen und externen Abschnitt des geschlossenen Stromkreises. Typischerweise wird dieser Ausdruck so geschrieben:
ICH = /( R + R ).
Diese Abhängigkeit wurde experimentell von G. Ohm ermittelt und wird als Ohmsches Gesetz für eine vollständige Kette bezeichnet und lautet wie folgt:
Die Stromstärke in einem kompletten Stromkreis ist direkt proportional zur EMK der Stromquelle und umgekehrt proportional zum Gesamtwiderstand des Stromkreises.
Bei offenem Stromkreis entspricht die EMK der Spannung an den Quellenanschlüssen und kann daher mit einem Voltmeter gemessen werden.
F214. Nukleare Streitkräfte
Der Kern enthält Protonen, die eine gegenseitige Coulomb-Abstoßung erfahren, und Neutronen. Die Stabilität von Kernen, die unter dem Einfluss der Coulomb-Abstoßungskräfte nicht auseinanderfliegen, weist darauf hin, dass in den Kernen bestimmte Anziehungskräfte, sogenannte Kernkräfte, wirken. Kernkräfte können keine gewöhnlichen Coulomb-Wechselwirkungskräfte sein. Die Coulomb-Wechselwirkung zwischen einem Proton und einem Proton ist auf Abstoßung reduziert, aber zwischen einem Neutron und einem Proton oder einem Neutron und einem Neutron fehlt sie. Elektrische Kräfte hängen von der Ladung ab und sind im Vergleich zu Kernkräften klein. Auch die Schwerkraft kann die Teilchen im Kern nicht halten, weil sie zu klein sind. Beispielsweise ist die Gravitationswechselwirkung zweier Protonen 1036-mal geringer als ihre Coulomb-Wechselwirkung. Die Kräfte der magnetischen Wechselwirkung können nicht als Kernkräfte wirken. Berechnungen „zeigen, dass die Energie“ der magnetischen Wechselwirkung, zum Beispiel eines Protons und eines Neutrons im Kern eines Deuteriumatoms |H, etwa 0,1 MeV beträgt, was viel weniger ist als die Bindungsenergie der Nukleonen im Kern (2,2 MeV). ).
All dies deutet darauf hin, dass Kernkräfte nicht auf elektrische, magnetische oder Gravitationskräfte reduziert werden können, sondern eine bestimmte Art von Kraft darstellen.
Die Wechselwirkung zwischen Nukleonen in einem Kern ist ein Beispiel für starke Wechselwirkungen – Wechselwirkungen durch Kernkräfte.