Hukum Ohm untuk rantai lengkap dan untuk bagian rantai: opsi rumus, deskripsi, dan penjelasan

Untuk sirkuit tertutup

Sirkuit tertutup berarti sambungan listrik tertutup melalui mana arus bersirkulasi. Ketika ada serangkaian kabel yang saling terhubung dan melengkapi sirkuit sehingga saya berjalan dari satu ujung lingkaran ke ujung lainnya, itu akan menjadi sirkuit tertutup.

EMF (E) - dilambangkan dan diukur dalam volt dan mengacu pada tegangan yang dihasilkan oleh baterai atau gaya magnet menurut hukum Faraday, yang menyatakan bahwa medan magnet yang berubah terhadap waktu akan menginduksi arus listrik.

Maka: E = IR + Ir

E \u003d I (R + r)

Saya \u003d E / (R + r)

Dimana: r adalah resistansi sumber arus.

Ungkapan ini dikenal sebagai hukum Ohm sirkuit loop tertutup.

Rantai heterogen

Bagian terpisah dan rangkaian listrik lengkap

Hukum Ohm, sebagaimana diterapkan pada bagian atau seluruh rangkaian, dapat dipertimbangkan dalam dua opsi perhitungan:

• Pisahkan bagian pendek. Ini adalah bagian dari rangkaian tanpa sumber EMF.
• Sebuah rantai lengkap yang terdiri dari satu atau lebih bagian. Ini juga termasuk sumber EMF dengan resistansi internalnya sendiri.

Perhitungan bagian arus dari rangkaian listrik

Dalam hal ini, rumus dasar I \u003d U / R diterapkan, di mana I adalah kekuatan arus, U adalah tegangan, R adalah resistansi. Menurutnya, seseorang dapat merumuskan interpretasi yang diterima secara umum dari hukum Ohm:

Formulasi ini merupakan dasar dari banyak formula lain yang disajikan pada apa yang disebut "chamomile" dalam desain grafis. Di sektor P - daya ditentukan, di sektor I, U dan R - tindakan yang terkait dengan kekuatan arus, tegangan dan resistansi dilakukan.

Setiap ekspresi - baik dasar maupun tambahan, memungkinkan Anda untuk menghitung parameter yang tepat dari elemen yang dimaksudkan untuk digunakan dalam rangkaian.

Spesialis yang bekerja dengan sirkuit listrik melakukan penentuan cepat salah satu parameter menggunakan metode segitiga yang ditunjukkan pada gambar.

Perhitungan harus memperhitungkan resistansi konduktor yang menghubungkan elemen bagian. Karena terbuat dari bahan yang berbeda, parameter ini akan berbeda dalam setiap kasus.Jika perlu untuk membentuk rangkaian lengkap, maka formula utama dilengkapi dengan parameter sumber tegangan, misalnya, baterai.

Opsi perhitungan untuk rantai lengkap

Rangkaian lengkap terdiri dari bagian individu, digabungkan menjadi satu kesatuan bersama dengan sumber tegangan (EMF). Dengan demikian, resistansi bagian yang ada dilengkapi dengan resistansi internal dari sumber yang terhubung. Oleh karena itu, interpretasi utama yang dibahas sebelumnya akan berbunyi sebagai berikut: I = U / (R + r). Di sini, indikator resistif (r) dari sumber EMF telah ditambahkan.

Dari sudut pandang fisika murni, indikator ini dianggap sebagai nilai yang sangat kecil. Namun, dalam praktiknya, ketika menghitung sirkuit dan sirkuit yang kompleks, spesialis terpaksa memperhitungkannya, karena resistansi tambahan memengaruhi keakuratan pekerjaan. Selain itu, struktur masing-masing sumber sangat heterogen, akibatnya resistensi dalam beberapa kasus dapat dinyatakan dengan tingkat yang cukup tinggi.

Perhitungan di atas dilakukan dalam kaitannya dengan rangkaian DC. Tindakan dan perhitungan dengan arus bolak-balik dibuat sesuai dengan skema yang berbeda.

Pengaruh hukum pada variabel

Dengan arus bolak-balik, resistansi rangkaian akan menjadi apa yang disebut impedansi, yang terdiri dari resistansi aktif dan beban resistif reaktif. Hal ini disebabkan adanya unsur-unsur dengan sifat induktif dan nilai arus sinusoidal. Tegangan juga merupakan variabel, bertindak sesuai dengan hukum switching-nya.

Oleh karena itu, desain sirkuit AC hukum Ohm dihitung dengan mempertimbangkan efek spesifik: memimpin atau tertinggal besarnya arus dari tegangan, serta adanya daya aktif dan reaktif.Pada gilirannya, reaktansi mencakup komponen induktif atau kapasitif.

Semua fenomena ini akan sesuai dengan rumus Z \u003d U / I atau Z \u003d R + J * (XL - XC), di mana Z adalah impedansi; R - beban aktif; XL, XC - beban induktif dan kapasitif; J adalah faktor koreksi.

Sumber EMF dalam rangkaian lengkap

Untuk terjadinya arus listrik dalam suatu rangkaian tertutup, rangkaian ini harus mengandung sekurang-kurangnya satu elemen khusus di mana kerja pemindahan muatan antar kutubnya akan berlangsung. Gaya yang membawa muatan di dalam elemen ini melakukannya melawan medan listrik, yang berarti bahwa sifatnya harus berbeda dari listrik. Karena itu, kekuatan semacam itu disebut pihak ketiga.

Beras. 1. Gaya luar dalam fisika.

Elemen dari rangkaian listrik di mana gaya eksternal bekerja untuk mentransfer muatan melawan aksi medan listrik disebut sumber arus. Karakteristik utamanya adalah besarnya gaya eksternal. Untuk mengkarakterisasinya, ukuran khusus diperkenalkan - Gaya Gerak Listrik (EMF), dilambangkan dengan huruf $\mathscr{E}$.

Nilai EMF dari sumber arus sama dengan rasio gaya eksternal untuk transfer muatan dengan nilai muatan ini:

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

Karena arti EMF sangat dekat dengan arti tegangan listrik (ingat, tegangan adalah rasio kerja yang dilakukan oleh medan listrik yang membawa muatan dengan nilai muatan ini), maka EMF, seperti tegangan, diukur dalam Volt:

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

Karakteristik listrik terpenting kedua dari sumber arus nyata adalah resistansi internalnya.Ketika muatan ditransfer antara terminal, mereka berinteraksi dengan substansi sumber EMF, dan oleh karena itu, sumber arus listrik juga menghadirkan beberapa hambatan. Resistansi internal, seperti resistansi biasa, diukur dalam ohm, tetapi dilambangkan dengan huruf latin kecil $r$.

Beras. 2. Contoh sumber arus.

R - hambatan listrik

Resistansi adalah kebalikan dari tegangan dan dapat dibandingkan dengan efek menggerakkan tubuh terhadap gerakan di air yang mengalir. Satuan dari R adalah Om, yang dilambangkan dengan huruf Yunani kapital Omega.

Kebalikan dari resistansi (1/R) dikenal sebagai konduktivitas, yang mengukur kemampuan benda untuk menghantarkan muatan, yang dinyatakan dalam satuan Siemens.

Besaran bebas geometris yang digunakan disebut resistivitas dan biasanya dilambangkan dengan simbol Yunani r.

Informasi tambahan. Hukum Ohm membantu menetapkan tiga indikator penting dari pengoperasian jaringan listrik, yang menyederhanakan perhitungan daya. Ini tidak berlaku untuk jaringan satu sisi dengan elemen seperti dioda, transistor dan sejenisnya. Dan juga tidak berlaku untuk elemen non-linier, di mana thyristor adalah contohnya, karena nilai resistansi elemen ini berubah dengan tegangan dan arus yang diberikan berbeda.

Pada frekuensi yang lebih tinggi, perilaku terdistribusi menjadi dominan. Hal yang sama terjadi dengan saluran listrik yang sangat panjang. Bahkan pada frekuensi serendah 60 Hz, saluran transmisi yang sangat panjang, seperti 30 km, memiliki sifat terdistribusi.Alasan utamanya adalah bahwa sinyal listrik efektif yang merambat dalam rangkaian adalah gelombang elektromagnetik, bukan volt dan ampere, yang terinfeksi oleh gelombang elektromagnetik. Konduktor hanya bertindak sebagai panduan untuk gelombang. Jadi, misalnya, kabel koaksial akan menunjukkan Z = 75 ohm, meskipun resistansi DC-nya dapat diabaikan.

Hukum Ohm adalah hukum dasar teknik elektro. Ini memiliki sejumlah besar aplikasi praktis di semua sirkuit listrik dan komponen elektronik.

Contoh paling umum dari penerapan hukum Ohm:

1. Daya yang disuplai ke pemanas listrik. Mengingat resistansi koil pemanas dan tegangan yang diberikan, daya yang disuplai ke pemanas itu dapat dihitung.
2. Pilihan sekering. Merupakan komponen proteksi yang dihubungkan secara seri dengan perangkat elektronik. Sekering / CB dinilai dalam amp. Nilai sekering saat ini dihitung menggunakan hukum Ohm.
3. Desain perangkat elektronik. Perangkat elektronik seperti laptop dan ponsel memerlukan catu daya DC dengan peringkat arus tertentu. Baterai ponsel biasa membutuhkan 0,7-1A. Sebuah resistor digunakan untuk mengontrol laju arus yang mengalir melalui komponen ini. Hukum Ohm digunakan untuk menghitung arus pengenal dalam rangkaian tipikal.

Pada suatu waktu, kesimpulan Ohm menjadi katalis untuk penelitian baru di bidang listrik, dan hari ini mereka tidak kehilangan signifikansinya, karena teknik elektro modern didasarkan pada mereka. Pada tahun 1841, Om dianugerahi penghargaan tertinggi Royal Society, Medali Copley, dan istilah "Om" diakui sebagai satuan perlawanan sejak tahun 1872.

Bagian sirkuit DC yang tidak seragam

Struktur heterogen memiliki bagian sirkuit seperti itu, di mana, selain konduktor dan elemen, ada sumber arus. EMF-nya harus diperhitungkan saat menghitung total kekuatan arus di area ini.

Ada rumus yang mendefinisikan parameter utama dan proses situs heterogen: q = q0 x n x V. Indikatornya dicirikan sebagai berikut:

• Dalam proses pemindahan muatan (q), mereka memperoleh kerapatan tertentu. Kinerjanya tergantung pada kekuatan arus dan luas penampang konduktor (S).
• Dalam kondisi konsentrasi tertentu (n), dimungkinkan untuk secara akurat menunjukkan jumlah muatan satuan (q0) yang dipindahkan dalam satu periode waktu.
• Untuk perhitungan, konduktor secara kondisional dianggap sebagai bagian silinder dengan volume tertentu (V).

Saat menghubungkan konduktor ke baterai, yang terakhir akan habis setelah beberapa saat. Artinya, pergerakan elektron secara bertahap melambat dan, pada akhirnya, berhenti sama sekali. Ini difasilitasi oleh kisi molekul konduktor, yang menetralkan tumbukan elektron satu sama lain dan faktor lainnya. Untuk mengatasi perlawanan tersebut, kekuatan pihak ketiga tertentu harus diterapkan tambahan.

Selama perhitungan, gaya-gaya ini ditambahkan ke gaya Coulomb. Selain itu, untuk mentransfer muatan unit q dari titik 1 ke titik 2, Anda perlu melakukan pekerjaan A1-2 atau hanya A12. Untuk tujuan ini, perbedaan potensial dibuat (ϕ1 - 2). Di bawah aksi sumber arus searah, EMF muncul, memindahkan muatan di sepanjang sirkuit. Besarnya tegangan total akan terdiri dari semua gaya yang disebutkan di atas.

Polaritas koneksi ke suplai DC harus diperhitungkan dalam perhitungan. Ketika terminal diubah, EMF juga akan berubah, mempercepat atau memperlambat pergerakan muatan.

Koneksi elemen serial dan paralel

Untuk elemen rangkaian listrik (bagian dari rangkaian), momen karakteristik adalah sambungan seri atau paralel.

Dengan demikian, setiap jenis sambungan disertai dengan sifat aliran arus dan suplai tegangan yang berbeda. Pada akun ini, hukum Ohm juga diterapkan dengan cara yang berbeda, tergantung pada opsi untuk memasukkan elemen.

Rantai elemen resistif yang terhubung seri

Berkenaan dengan sambungan seri (bagian dari rangkaian dengan dua komponen), kata-kata yang digunakan:

• saya = saya₁ = saya₂ ;
• U = U₁ + U₂ ;
• R=R₁ + R₂

Formulasi ini dengan jelas menunjukkan bahwa, terlepas dari jumlah komponen resistif yang dihubungkan secara seri, arus yang mengalir di bagian rangkaian tidak mengubah nilainya.

Menghubungkan elemen-elemen resistif pada suatu bagian rangkaian secara seri satu sama lain. Opsi ini memiliki hukum perhitungannya sendiri. Dalam diagram: I, I1, I2 - aliran arus; R1, R2 - elemen resistif; U, U1, U2 - tegangan yang diterapkan

Jumlah tegangan yang diterapkan pada komponen resistif aktif dari rangkaian adalah jumlah dan menambahkan hingga nilai sumber EMF.

Dalam hal ini, tegangan pada masing-masing komponen adalah: Ux = I * Rx.

Resistansi total harus dianggap sebagai jumlah dari nilai semua komponen resistif dari rangkaian.

Rantai elemen resistif terhubung paralel

Dalam kasus ketika ada hubungan paralel dari komponen resistif, formulasi dianggap adil sehubungan dengan hukum fisikawan Jerman Ohm:

• saya = saya₁ + aku₂ … ;
• U = U₁ = U₂ … ;
• 1/R = 1/R₁ + 1 / R₂ + …

Opsi untuk menyusun bagian sirkuit dari tipe "campuran" tidak dikecualikan ketika koneksi paralel dan serial digunakan.

Penyambungan elemen-elemen resistif pada suatu bagian rangkaian secara paralel satu sama lain. Untuk opsi ini, hukum perhitungannya sendiri diterapkan. Dalam diagram: I, I1, I2 - aliran arus; R1, R2 - elemen resistif; U - tegangan yang diterapkan; A, B - titik masuk / keluar

Untuk opsi seperti itu, perhitungan biasanya dilakukan dengan perhitungan awal peringkat resistif dari koneksi paralel. Kemudian nilai resistor yang dihubungkan secara seri ditambahkan ke hasilnya.

Bentuk integral dan diferensial dari hukum

Semua poin di atas dengan perhitungan berlaku untuk kondisi ketika konduktor dari struktur "homogen", dapat dikatakan, digunakan sebagai bagian dari sirkuit listrik.

Sementara itu, dalam praktiknya, sering kali harus berurusan dengan konstruksi skema, di mana struktur konduktor berubah di area yang berbeda. Misalnya, kabel dengan penampang yang lebih besar digunakan atau, sebaliknya, yang lebih kecil, dibuat berdasarkan bahan yang berbeda.

Untuk memperhitungkan perbedaan tersebut, ada variasi dari apa yang disebut "hukum Ohm diferensial-integral". Untuk konduktor yang sangat kecil, tingkat kerapatan arus dihitung tergantung pada intensitas dan nilai konduktivitas.

Di bawah perhitungan diferensial, rumus diambil: J = * E

Untuk perhitungan integral masing-masing, rumusnya: I * R = 1 - 2 +

Namun, contoh-contoh ini lebih dekat dengan sekolah matematika yang lebih tinggi dan tidak benar-benar digunakan dalam praktik nyata seorang tukang listrik sederhana.

Memahami arus dan hambatan

Mari kita mulai dengan konsep arus listrik.Singkatnya, arus listrik dalam kaitannya dengan logam adalah pergerakan elektron yang diarahkan - partikel bermuatan negatif. Mereka biasanya direpresentasikan sebagai lingkaran kecil. Dalam keadaan tenang, mereka bergerak secara acak, terus-menerus mengubah arah. Dalam kondisi tertentu - munculnya perbedaan potensial - partikel-partikel ini memulai gerakan tertentu dalam beberapa arah. Gerakan ini adalah arus listrik.

Untuk membuatnya lebih jelas, kita dapat membandingkan elektron dengan air yang tumpah di beberapa bidang. Selama pesawat diam, air tidak bergerak. Tapi, begitu kemiringan muncul (ada beda potensial), air mulai bergerak. Sama halnya dengan elektron.

Ini adalah bagaimana arus listrik dapat dibayangkan

Sekarang kita perlu memahami apa itu resistansi dan mengapa mereka memiliki umpan balik dengan kekuatan arus: semakin tinggi resistansi, semakin rendah arus. Seperti yang Anda ketahui, elektron bergerak melalui konduktor. Biasanya ini adalah kabel logam, karena logam memiliki kemampuan yang baik untuk menghantarkan listrik. Kita tahu bahwa logam memiliki kisi kristal padat: banyak partikel yang dekat dan saling berhubungan. Elektron, membuat jalan mereka di antara atom logam, bertabrakan dengan mereka, yang membuat mereka sulit untuk bergerak. Ini membantu untuk mengilustrasikan hambatan yang diberikan konduktor. Sekarang menjadi jelas mengapa semakin tinggi resistansi, semakin rendah kekuatan arus - semakin banyak partikel, semakin sulit bagi elektron untuk mengatasi jalur, mereka melakukannya lebih lambat. Ini sepertinya sudah beres.

Jika Anda memiliki keinginan untuk menguji ketergantungan ini secara empiris, temukan resistor variabel, sambungkan secara seri resistor - ammeter - sumber arus (baterai).Juga diinginkan untuk memasukkan sakelar ke dalam sirkuit - sakelar sakelar biasa.

Sirkuit untuk menguji ketergantungan arus pada resistansi

Memutar kenop resistor mengubah resistansi. Pada saat yang sama, pembacaan pada ammeter, yang mengukur kekuatan arus, juga berubah. Selain itu, semakin besar resistansi, semakin sedikit panah menyimpang - semakin sedikit arus. Semakin rendah resistansi, semakin banyak panah menyimpang - arus lebih besar.

Ketergantungan arus pada resistansi hampir linier, yaitu tercermin pada grafik sebagai garis yang hampir lurus. Mengapa hampir - ini harus dibahas secara terpisah, tapi itu cerita lain.

Hukum Ohm untuk arus bolak-balik

Saat menghitung sirkuit AC, alih-alih konsep resistansi, konsep "impedansi" diperkenalkan. Impedansi dilambangkan dengan huruf Z, itu termasuk resistansi aktif dari beban R_sebuah dan reaktansi X (atau R_r). Ini disebabkan oleh bentuk arus sinusoidal (dan arus dalam bentuk lain) dan parameter elemen induktif, serta hukum switching:

1. Arus dalam rangkaian induktif tidak dapat berubah secara instan.
2. Tegangan dalam rangkaian dengan kapasitansi tidak dapat berubah secara instan.

Dengan demikian, arus mulai tertinggal atau mendahului tegangan, dan daya semu dibagi menjadi aktif dan reaktif.

U=I/Z

X_L dan X_C adalah komponen reaktif dari beban.

Dalam hal ini, nilai cosФ diperkenalkan:

Di sini - Q - daya reaktif karena arus bolak-balik dan komponen induktif-kapasitif, P - daya aktif (dihamburkan dalam komponen aktif), S - daya semu, cosФ - faktor daya.

Anda mungkin telah memperhatikan bahwa rumus dan representasinya berpotongan dengan teorema Pythagoras. Ini benar dan sudut tergantung pada seberapa besar komponen reaktif beban - semakin besar, semakin besar.Dalam praktiknya, ini mengarah pada fakta bahwa arus yang sebenarnya mengalir dalam jaringan lebih besar daripada yang diperhitungkan oleh meteran rumah tangga, sementara perusahaan membayar untuk daya penuh.

Dalam hal ini, resistensi disajikan dalam bentuk kompleks:

Di sini j adalah unit imajiner, yang khas untuk bentuk persamaan yang kompleks. Lebih jarang disebut sebagai i, tetapi dalam teknik elektro, nilai efektif arus bolak-balik juga dilambangkan, oleh karena itu, agar tidak bingung, lebih baik menggunakan j.

Satuan imajiner adalah -1. Adalah logis bahwa tidak ada angka seperti itu saat dikuadratkan, yang dapat menghasilkan hasil negatif "-1".

Ketika hukum Ohm terjadi

Menciptakan kondisi ideal memang tidak mudah. Bahkan dalam konduktor murni, hambatan listrik bervariasi dengan suhu. Penurunannya meminimalkan aktivitas molekul kisi kristal, yang menyederhanakan pergerakan muatan bebas. Pada tingkat "pembekuan" tertentu, efek superkonduktivitas terjadi. Efek sebaliknya (penurunan konduktivitas) diamati ketika dipanaskan.

Pada saat yang sama, elektrolit, logam, dan jenis keramik tertentu mempertahankan hambatan listrik terlepas dari kerapatan arus. Stabilitas parameter sambil mempertahankan rezim suhu tertentu memungkinkan untuk menerapkan rumus hukum Ohm tanpa koreksi tambahan.

Bahan semikonduktor dan gas dicirikan oleh berbagai hambatan listrik. Parameter ini secara signifikan dipengaruhi oleh intensitas arus dalam volume kontrol. Untuk menghitung karakteristik kinerja, metode perhitungan khusus harus diterapkan.

Jika arus bolak-balik dipertimbangkan, metode perhitungan dikoreksi.Dalam hal ini, keberadaan komponen reaktif harus diperhitungkan. Dengan sifat resistif dari resistansi, dimungkinkan untuk menerapkan teknologi perhitungan yang dipertimbangkan berdasarkan rumus hukum Ohm.

hukum Kirchhoff.

Distribusi
arus di cabang-cabang rangkaian listrik
mematuhi hukum pertama Kirchhoff,
dan distribusi tegangan pada penampang
rantai mematuhi hukum kedua Kirchhoff.

hukum Kirchhoff
bersama dengan hukum Ohm adalah yang utama
dalam teori rangkaian listrik.

Pertama
hukum Kirchhoff:

Aljabar
jumlah arus di simpul adalah nol:

_saya
= 0 (19)

Di mana
saya
adalah jumlah cabang yang konvergen pada simpul tertentu.

Artinya, penjumlahan
meluas ke arus di cabang-cabang,
yang konvergen dalam pertimbangan
simpul.

Gambar 17. Ilustrasi
dengan hukum pertama Kirchhoff.

Nomor
persamaan yang disusun sesuai dengan yang pertama
Hukum Kirchhoff ditentukan oleh rumus:

tidak
= Nu
– 1,

Di mana
tidak
adalah jumlah node dalam rantai yang dipertimbangkan.

Tanda-tanda arus masuk
persamaan diambil dengan mempertimbangkan yang dipilih
arah positif. Tanda di
arusnya sama jika arusnya sama
berorientasi relatif terhadap ini
simpul.

Sebagai contoh,
untuk node yang ditunjukkan pada Gambar. 17:
kami memberikan tanda pada arus yang mengalir ke simpul
"+", dan ke arus yang mengalir dari simpul - tanda
«-».

Maka persamaan
menurut hukum pertama Kirchhoff, itu akan ditulis
Jadi:

Saya₁
- SAYA₂
+ aku₃
- SAYA₄
= 0.

persamaan,
disusun menurut hukum pertama Kirchhoff,
disebut node.

Ini
hukum mengungkapkan fakta bahwa dalam simpul
muatan listrik tidak menumpuk
dan tidak dikonsumsi. Besarnya listrik
biaya yang datang ke situs sama dengan jumlah
muatan meninggalkan simpul dalam satu dan sama
rentang waktu yang sama.

Kedua
hukum Kirchhoff:

Aljabar
jumlah emf di sirkuit tertutup mana pun
rantai sama dengan jumlah aljabar air terjun
tegangan pada elemen rangkaian ini:

Ui
= 
Ei

IiRi=Ei(20)

Di mana
saya
- nomor elemen (perlawanan atau
sumber tegangan) dalam pertimbangan
kontur.

**Nomor
persamaan yang disusun sesuai dengan yang kedua
Hukum Kirchhoff ditentukan oleh rumus:

tidak
= Nb
- Nu
+ 1 – Ned.s.

Di mana
Nb
- jumlah cabang sirkuit listrik;

tidak
— jumlah node;

Ned.s.
adalah jumlah sumber ggl ideal.

Gambar 18. Ilustrasi
dengan hukum kedua Kirchhoff.

Untuk,
untuk menulis hukum kedua dengan benar
Kirchhoff untuk kontur yang diberikan, berikut:
mematuhi aturan berikut:

1. sewenang-wenang
   pilih arah bypass kontur,
   misalnya, searah jarum jam (Gbr. 18).

2. emf
   dan tegangan turun yang cocok
   ke arah dengan arah yang dipilih
   bypass ditulis dalam ekspresi dengan
   tanda "+"; jika e.f.s. dan penurunan tegangan
   tidak sesuai arah
   kontur, maka mereka didahului oleh tanda
   «-».

Sebagai contoh,
untuk kontur Gambar 18, hukum kedua Kirchhoff
akan ditulis sebagai berikut:

kamu₁
– U₂
+ U₃
=E₁
– E₃
– E₄
(21)

Persamaan (20) dapat menjadi
menulis ulang sebagai:

(Ui
– Ei)
= 0 (22)

Di mana
(U
– E)
- ketegangan pada cabang.

Akibatnya,
Hukum kedua Kirchhoff dapat dirumuskan
dengan cara berikut:

Aljabar
jumlah tegangan pada cabang di sembarang
loop tertutup adalah nol.

Potensi
diagram yang dibahas sebelumnya berfungsi
interpretasi grafis dari yang kedua
hukum Kirchhoff.

Tugas nomor 1.

PADA
rangkaian pada Gambar 1 diberikan arus I₁
dan saya₃,
hambatan dan ggl Tentukan arus
Saya₄,
Saya₅,
Saya₆
; tegangan antara titik a
dan B
jika saya₁
= 10mA,
Saya₃
= -20mA,
R₄
= 5kOhm,
E₅
= 20B,
R₅
= 3kOhm,
E₆
= 40B,
R₆
= 2kOhm.

Gambar 1

Larutan:

1. Untuk yang diberikan
   kontur, kami membuat dua persamaan menurut
   Hukum pertama Kirchhoff dan satu - menurut
   kedua. Arah kontur
   ditunjukkan oleh panah.

PADA
sebagai hasil dari solusi kita mendapatkan: I₆
= 0; Saya₄
= 10mA;
Saya₅
= -10mA

1. bertanya
   arah tegangan antara titik
   sebuah
   dan B
   dari titik "a"
   untuk menunjuk "b"
   — U_ab.
   Tegangan ini dapat ditemukan dari persamaan
   Hukum kedua Kirchhoff:

Saya₄R₄
+ U_ab
+ aku₆R₆
= 0

kamu_ab
= - 50V.

Tugas nomor 2.

Untuk
diagram pada Gambar. 2 buatlah persamaan menurut
Hukum Kirchhoff dan tentukan yang tidak diketahui
poin.

Diberikan:
Saya₁
= 20mA;
Saya₂
= 10mA

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

Gbr.2

Larutan:

Jumlah node
persamaan - 3, jumlah persamaan kontur
– 1.

Ingat!
Saat menyusun persamaan sesuai dengan yang kedua
Hukum Kirchhoff, kami memilih kontur, di
yang tidak termasuk sumber saat ini.
Arah kontur ditunjukkan pada gambar.

PADA
dari sirkuit ini, arus cabang I₁
dan saya₂.
Tidak dikenal
arus
Saya₃,
Saya₄,
Saya₅,
Saya₆.

Memutuskan
sistem, kita mendapatkan: I₃
= 13,75 mA;
Saya₄
= -3,75mA;
Saya₅
= 6.25mA;
Saya₆
= 16,25mA.

Konsep dasar

Arus listrik mengalir ketika rangkaian tertutup memungkinkan elektron berpindah dari potensial tinggi ke yang lebih rendah dalam rangkaian. Dengan kata lain, arus membutuhkan sumber elektron yang memiliki energi untuk menggerakkannya, serta titik kembalinya muatan negatif, yang ditandai dengan kekurangannya. Sebagai fenomena fisik, arus dalam rangkaian dicirikan oleh tiga besaran mendasar:

• voltase;
• kekuatan saat ini;
• hambatan konduktor yang dilalui elektron.

Kekuatan dan ketegangan

Kuat arus (I, diukur dalam Ampere) adalah volume elektron (muatan) yang bergerak melalui suatu tempat dalam rangkaian per satuan waktu.Dengan kata lain, pengukuran I adalah penentuan jumlah elektron yang bergerak

Penting untuk dipahami bahwa istilah tersebut hanya mengacu pada gerakan: muatan statis, misalnya, pada terminal baterai yang tidak terhubung, tidak memiliki nilai I yang terukur. Arus yang mengalir dalam satu arah disebut arus searah (DC), dan perubahan arah secara periodik disebut bolak-balik (AC). Tegangan dapat diilustrasikan dengan fenomena seperti tekanan, atau sebagai perbedaan energi potensial benda di bawah pengaruh gravitasi.

Untuk menciptakan ketidakseimbangan ini, Anda harus terlebih dahulu mengeluarkan energi, yang akan diwujudkan dalam gerakan dalam keadaan yang sesuai. Misalnya, pada jatuhnya beban dari ketinggian, pekerjaan dilakukan untuk mengangkatnya, dalam baterai galvanik, perbedaan potensial pada terminal terbentuk karena konversi energi kimia, pada generator - sebagai akibat dari paparan medan elektromagnetik

Stres dapat diilustrasikan dengan fenomena seperti tekanan, atau sebagai perbedaan energi potensial benda di bawah pengaruh gravitasi. Untuk menciptakan ketidakseimbangan ini, Anda harus terlebih dahulu mengeluarkan energi, yang akan diwujudkan dalam gerakan dalam keadaan yang sesuai. Misalnya, dalam jatuhnya beban dari ketinggian, pekerjaan mengangkatnya direalisasikan, dalam baterai galvanik, perbedaan potensial di terminal terbentuk karena konversi energi kimia, pada generator - sebagai akibat dari paparan medan elektromagnetik.

Resistansi konduktor

Tidak peduli seberapa bagus sebuah konduktor biasa, itu tidak akan pernah membiarkan elektron melewatinya tanpa ada hambatan untuk pergerakannya.Dimungkinkan untuk mempertimbangkan resistansi sebagai analog dari gesekan mekanis, meskipun perbandingan ini tidak akan sempurna. Ketika arus mengalir melalui konduktor, beberapa perbedaan potensial diubah menjadi panas, sehingga akan selalu ada penurunan tegangan melintasi resistor. Pemanas listrik, pengering rambut dan perangkat sejenis lainnya dirancang hanya untuk menghilangkan energi listrik dalam bentuk panas.

Resistansi yang disederhanakan (dilambangkan sebagai R) adalah ukuran seberapa banyak aliran elektron terhambat dalam suatu rangkaian. Itu diukur dalam ohm. Konduktivitas resistor atau elemen lain ditentukan oleh dua sifat:

• geometri;
• bahan.

Bentuk adalah yang paling penting, seperti yang terlihat dari analogi hidrolik: mendorong air melalui pipa yang panjang dan sempit jauh lebih sulit daripada mendorong air melalui pipa yang pendek dan lebar. Bahan memainkan peran yang menentukan. Misalnya, elektron dapat bergerak bebas dalam kawat tembaga, tetapi tidak dapat mengalir sama sekali melalui isolator seperti karet, apa pun bentuknya. Selain geometri dan material, ada faktor lain yang mempengaruhi konduktivitas.

interpretasi hukum ohm

Untuk memastikan pergerakan muatan, Anda harus menutup sirkuit. Dengan tidak adanya daya tambahan, arus tidak dapat ada untuk waktu yang lama. Potensi akan cepat menjadi sama. Untuk mempertahankan mode operasi sirkuit, diperlukan sumber tambahan (generator, baterai).

Rangkaian lengkap akan berisi hambatan listrik total semua komponen. Untuk perhitungan yang akurat, kerugian pada konduktor, elemen resistif, dan sumber daya diperhitungkan.

Berapa tegangan yang perlu diberikan untuk kekuatan arus tertentu dihitung dengan rumus:

U=I*R.

Demikian pula, dengan bantuan hubungan yang dipertimbangkan, parameter lain dari rangkaian ditentukan.

Koneksi paralel dan serial

Dalam listrik, elemen dihubungkan baik secara seri - satu demi satu, atau secara paralel - ini adalah ketika beberapa input terhubung ke satu titik, dan output dari elemen yang sama terhubung ke yang lain.

Hukum Ohm untuk hubungan paralel dan seri

koneksi serial

Bagaimana hukum Ohm bekerja untuk kasus ini? Ketika dihubungkan secara seri, arus yang mengalir melalui rantai elemen akan sama. Tegangan suatu bagian dari suatu rangkaian dengan elemen-elemen yang dihubungkan secara seri dihitung sebagai jumlah tegangan pada setiap bagian. Bagaimana ini bisa dijelaskan? Aliran arus melalui suatu elemen adalah transfer sebagian muatan dari satu bagian ke bagian lain. Maksudku, itu beberapa pekerjaan. Besarnya usaha ini adalah tegangan. Ini adalah arti fisik dari stres. Jika ini jelas, kita lanjutkan.

Koneksi serial dan parameter dari bagian sirkuit ini

Ketika dihubungkan secara seri, perlu untuk mentransfer muatan secara bergantian melalui setiap elemen. Dan pada setiap elemen, ini adalah "volume" pekerjaan tertentu. Dan untuk menemukan jumlah pekerjaan di seluruh bagian rantai, Anda perlu menambahkan pekerjaan pada setiap elemen. Jadi ternyata tegangan total adalah jumlah tegangan pada masing-masing elemen.

Dengan cara yang sama - dengan bantuan penambahan - resistansi total dari bagian sirkuit juga ditemukan. Bagaimana Anda bisa membayangkannya? Arus yang mengalir melalui rantai elemen secara berurutan mengatasi semua hambatan. Satu per satu. Artinya, untuk menemukan hambatan yang ia atasi, perlu dijumlahkan hambatannya. Kurang lebih seperti ini.Derivasi matematika lebih rumit, dan lebih mudah untuk memahami mekanisme hukum ini.

Koneksi paralel

Sambungan paralel adalah ketika awal konduktor / elemen bertemu di satu titik, dan di titik lain ujungnya terhubung. Kami akan mencoba menjelaskan hukum yang berlaku untuk senyawa jenis ini. Mari kita mulai dengan arus. Arus dengan besaran tertentu disuplai ke titik koneksi elemen. Ini memisahkan, mengalir melalui semua konduktor. Dari sini kita menyimpulkan bahwa arus total pada penampang sama dengan jumlah arus pada masing-masing elemen: I = I1 + I2 + I3.

Sekarang untuk tegangan. Jika tegangan bekerja untuk memindahkan muatan, maka pekerjaan yang diperlukan untuk memindahkan satu muatan akan sama pada setiap elemen. Artinya, tegangan pada setiap elemen yang terhubung paralel akan sama. U=U1=U2=U3. Tidak semenyenangkan dan visual seperti dalam kasus penjelasan hukum Ohm untuk bagian rantai, tetapi Anda dapat memahaminya.

Hukum untuk Koneksi Paralel

Untuk perlawanan, segalanya sedikit lebih rumit. Mari kita perkenalkan konsep konduktivitas. Ini adalah karakteristik yang menunjukkan betapa mudah atau sulitnya sebuah muatan melewati konduktor ini. Jelas bahwa semakin rendah resistansi, semakin mudah arus mengalir. Oleh karena itu, konduktivitas - G - dihitung sebagai kebalikan dari resistansi. Dalam rumus, terlihat seperti ini: G = 1/R.

Mengapa kita berbicara tentang konduktivitas? Karena konduktivitas total suatu bagian dengan hubungan paralel elemen sama dengan jumlah konduktivitas untuk masing-masing bagian. G = G1 + G2 + G3 - mudah dimengerti. Seberapa mudah arus akan mengatasi simpul elemen paralel ini tergantung pada konduktivitas masing-masing elemen. Jadi ternyata mereka perlu dilipat.

Sekarang kita bisa beralih ke resistensi.Karena konduktivitas adalah kebalikan dari resistansi, kita dapat memperoleh rumus berikut: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3.

Apa yang memberi kita koneksi paralel dan serial?

Pengetahuan teoretis itu bagus, tetapi bagaimana menerapkannya dalam praktik? Elemen jenis apa pun dapat dihubungkan secara paralel dan seri. Tetapi kami hanya mempertimbangkan rumus paling sederhana yang menggambarkan elemen linier. Elemen linier adalah resistansi, yang juga disebut "resistor". Jadi, inilah cara Anda dapat menggunakan apa yang telah Anda pelajari:

Jika tidak tersedia resistor bernilai besar, tetapi ada beberapa resistor yang lebih kecil, resistansi yang diinginkan dapat diperoleh dengan menghubungkan beberapa resistor secara seri. Seperti yang Anda lihat, ini adalah teknik yang berguna.
Untuk memperpanjang umur baterai, mereka dapat dihubungkan secara paralel. Dalam hal ini, tegangan, menurut hukum Ohm, akan tetap sama (Anda dapat memastikannya dengan mengukur tegangan dengan multimeter). Dan "masa pakai" baterai ganda akan lebih lama daripada dua elemen yang akan saling menggantikan

Perhatikan saja: hanya catu daya dengan potensi yang sama yang dapat dihubungkan secara paralel. Artinya, baterai mati dan baru tidak dapat dihubungkan.

Jika Anda masih terhubung, baterai yang memiliki daya lebih besar akan cenderung mengisi daya yang lebih sedikit. Akibatnya, total biaya mereka akan turun ke nilai yang rendah.

Secara umum, ini adalah penggunaan paling umum untuk senyawa ini.

Sumber EMF yang ideal

Gaya gerak listrik (E) adalah besaran fisis yang menentukan derajat pengaruh gaya-gaya luar pada gerakan dalam rangkaian tertutup pembawa muatan. Dengan kata lain, seberapa kuat arus cenderung mengalir melalui konduktor akan tergantung pada EMF.

Ketika menjelaskan fenomena yang tidak dapat dipahami seperti itu, guru sekolah domestik suka beralih ke metode analogi hidrolik. Jika konduktor adalah pipa, dan arus listrik adalah jumlah air yang mengalir melaluinya, maka EMF adalah tekanan yang dikembangkan pompa untuk memompa cairan.

Istilah gaya gerak listrik terkait dengan konsep seperti tegangan. Dia, EMF, juga diukur dalam volt (satuan - "V"). Setiap sumber listrik, baik itu baterai, generator atau panel surya, memiliki gaya gerak listriknya sendiri. Seringkali EMF ini dekat dengan tegangan keluaran (U), tetapi selalu sedikit kurang dari itu. Ini disebabkan oleh resistansi internal sumber, di mana bagian dari tegangan pasti turun.

Untuk alasan ini, sumber ideal EMF lebih merupakan konsep abstrak atau model fisik yang tidak memiliki tempat di dunia nyata, karena resistansi internal baterai Rin, meskipun sangat rendah, masih berbeda dari nol mutlak.

Sumber emf yang ideal dan nyata

Dalam bentuk diferensial

Rumus ini sangat sering disajikan dalam bentuk diferensial, karena konduktor biasanya tidak homogen dan perlu untuk memecahnya menjadi bagian terkecil yang mungkin. Arus yang melewatinya dikaitkan dengan besar dan arah, sehingga dianggap besaran skalar. Setiap kali arus yang dihasilkan melalui kawat dapat ditemukan, jumlah aljabar dari semua arus individu diambil. Karena aturan ini hanya berlaku untuk besaran skalar, arus juga dianggap sebagai besaran skalar. Diketahui bahwa arus dI = jdS melewati penampang. Tegangan di atasnya sama dengan Edl, maka untuk kawat dengan penampang konstan dan panjang yang sama, rasionya akan benar:

bentuk diferensial

Oleh karena itu, ekspresi arus dalam bentuk vektor adalah: j = E.

Penting! Dalam kasus konduktor logam, konduktivitas menurun dengan meningkatnya suhu, sedangkan untuk semikonduktor meningkat. Hukum Omov tidak menunjukkan proporsionalitas yang ketat

Hambatan sekelompok besar logam dan paduan menghilang pada suhu mendekati nol mutlak, dan proses ini disebut superkonduktivitas.