Ohmsches Gesetz für einen vollständigen Stromkreis

In der Elektrotechnik gibt es die Begriffe: Abschnitt und Vollstromkreis.

Die Seite heißt:

• Teil eines Stromkreises innerhalb einer Strom- oder Spannungsquelle;

• der gesamte externe oder interne Stromkreis elektrischer Elemente, die mit der Quelle oder einem Teil davon verbunden sind.

Der Begriff „vollständiger Schaltkreis“ bezieht sich auf einen Schaltkreis, bei dem alle Schaltkreise zusammengebaut sind, einschließlich:

• Quellen;

• Benutzer;

• Verbindungsdrähte.

Solche Definitionen helfen, die Schaltkreise besser zu navigieren, ihre Eigenschaften zu verstehen, die Arbeit zu analysieren und nach Schäden und Fehlfunktionen zu suchen. Sie sind in das Ohmsche Gesetz eingebettet, das es ermöglicht, die gleichen Probleme zu lösen, um elektrische Prozesse für die menschlichen Bedürfnisse zu optimieren.

Die Grundlagenforschung von Georg Simon Ohm gilt für praktisch jeden Abschnitt der Schaltung oder den vollständigen Schaltplan.

Wie das Ohmsche Gesetz für einen vollständigen Gleichstromkreis funktioniert

Nehmen wir zum Beispiel eine galvanische Zelle, die im Volksmund Batterie genannt wird, mit einer Potentialdifferenz U zwischen Anode und Kathode. An ihre Anschlüsse schließen wir eine Glühbirne mit einem Glühfaden an, der einen einfachen Widerstand R hat.

Durch den Glühfaden fließt ein Strom I = U / R, der durch die Bewegung der Elektronen im Metall erzeugt wird. Der aus Batteriekabeln, Verbindungskabeln und der Glühlampe gebildete Stromkreis bezieht sich auf den externen Teil des Stromkreises.

Strom fließt auch im inneren Bereich zwischen den Batterieelektroden. Seine Träger sind positiv und negativ geladene Ionen. Elektronen werden von der Kathode angezogen und positive Ionen werden von ihr zur Anode abgestoßen.

Auf diese Weise sammeln sich an Kathode und Anode positive und negative Ladungen an und es entsteht eine Potentialdifferenz zwischen ihnen.

Die vollständige Bewegung der Ionen im Elektrolyten wird behindert Innenwiderstand der Batteriemit „r“ gekennzeichnet. Es begrenzt die Stromabgabe an den externen Stromkreis und reduziert dessen Leistung auf einen bestimmten Wert.

Im gesamten Stromkreis fließt der Strom durch den inneren und äußeren Stromkreis und überwindet dabei den Gesamtwiderstand R + r der beiden in Reihe geschalteten Abschnitte. Sein Wert wird durch die auf die Elektroden ausgeübte Kraft beeinflusst, die elektromotorisch oder kurz EMF genannt wird und mit dem Index „E“ gekennzeichnet ist.

Sein Wert kann mit einem Voltmeter an den Anschlüssen der Batterie ohne Last (kein externer Stromkreis) gemessen werden. Bei einer an der gleichen Stelle angeschlossenen Last zeigt das Voltmeter die Spannung U an. Mit anderen Worten: Bei unbelasteten Batteriepolen sind U und E betragsmäßig gleich groß, und wenn der Strom durch den externen Stromkreis fließt, ist U < E.

Die Kraft E bildet die Bewegung elektrischer Ladungen in einem vollständigen Stromkreis und bestimmt ihren Wert I = E / (R + r).

Dieser mathematische Ausdruck definiert das Ohmsche Gesetz für einen vollständigen Gleichstromkreis. Seine Wirkungsweise wird auf der rechten Seite des Bildes näher erläutert.Es zeigt sich, dass der gesamte Gesamtstromkreis aus zwei getrennten Stromkreisen besteht.

Es ist auch zu erkennen, dass sich im Inneren der Batterie auch bei abgeschalteter externer Stromkreislast die geladenen Teilchen bewegen (Selbstentladungsstrom) und es daher zu unnötigem Metallverbrauch an der Kathode kommt. Batterieenergie wird aufgrund des Innenwiderstands beim Erhitzen und Abgeben an die Umgebung aufgewendet und verschwindet mit der Zeit einfach.

Die Praxis zeigt, dass eine Reduzierung des Innenwiderstands r durch konstruktive Maßnahmen aufgrund der stark steigenden Kosten des Endprodukts und seiner relativ hohen Selbstentladung wirtschaftlich nicht gerechtfertigt ist.

Schlussfolgerungen

Um die Leistungsfähigkeit der Batterie zu erhalten, sollte diese nur für den vorgesehenen Zweck verwendet werden und der externe Stromkreis ausschließlich für die Betriebsdauer angeschlossen werden.

Je höher der Widerstand der angeschlossenen Last ist, desto länger ist die Lebensdauer der Batterie. Daher sorgen Xenonlampen mit Glühwendel mit geringerem Stromverbrauch als stickstoffgefüllte Lampen mit gleichem Lichtstrom für eine längere Lebensdauer der Energiequellen.

Bei der Lagerung galvanischer Elemente muss der Stromdurchgang zwischen den Kontakten des äußeren Stromkreises durch zuverlässige Isolierung ausgeschlossen werden.

Für den Fall, dass der äußere Stromkreiswiderstand R der Batterie den internen Wert r deutlich übersteigt, gilt sie als Spannungsquelle, und wenn die umgekehrte Beziehung erfüllt ist, handelt es sich um eine Stromquelle.

Wie das Ohmsche Gesetz für einen kompletten Wechselstromkreis angewendet wird

Elektrische Wechselstromsysteme sind in der Elektroindustrie am weitesten verbreitet.In dieser Branche erreichen sie enorme Längen, indem sie Strom über Stromleitungen transportieren.

Mit zunehmender Länge der Übertragungsleitung erhöht sich ihr elektrischer Widerstand, was zu einer Erwärmung der Drähte führt und den Energieverlust für die Übertragung erhöht.

Die Kenntnis des Ohmschen Gesetzes half Energieingenieuren, unnötige Kosten für den Stromtransport zu reduzieren. Dazu nutzten sie die Berechnung des Anteils der Verlustleistung in den Leitungen.

Der Berechnung liegt der Wert der erzeugten Wirkleistung P = E ∙ I zugrunde, die qualitativ an entfernte Verbraucher übertragen werden muss und den Gesamtwiderstand überwindet:

• internes R am Generator;

• äußeres R der Drähte.

Die Größe der EMK an den Generatorklemmen wird bestimmt als E = I ∙ (r + R).

Der Leistungsverlust Pp zur Überwindung des Widerstands des gesamten Stromkreises wird durch die im Bild gezeigte Formel ausgedrückt.

Daraus ist ersichtlich, dass der Stromverbrauch proportional zur Länge/Widerstand der Leitungen steigt und es möglich ist, diesen beim Stromtransport durch Erhöhung der EMK des Generators bzw. der Netzspannung zu reduzieren. Bei dieser Methode werden Aufwärtstransformatoren in den Stromkreis am Generatorende der Stromleitung und Abwärtstransformatoren am Empfangspunkt von Umspannwerken einbezogen.

Diese Methode ist jedoch begrenzt:

• die Komplexität technischer Vorrichtungen zur Bekämpfung des Auftretens von Koronarentladungen;

• die Notwendigkeit, Stromleitungen von der Erdoberfläche zu distanzieren und zu isolieren;

• Erhöhung der Energie der Luftstrahlung im Weltraum (das Auftreten des Antenneneffekts).

Eigenschaften des Ohmschen Gesetzes in sinusförmigen Wechselstromkreisen

Moderne Nutzer von industrieller Hochspannung und dreiphasigem/einphasigem Haushaltsstrom erzeugen nicht nur aktive, sondern auch reaktive Lasten mit ausgeprägten induktiven oder kapazitiven Eigenschaften. Sie führen zu einer Phasenverschiebung zwischen den Vektoren der angelegten Spannungen und den im Stromkreis fließenden Strömen.

In diesem Fall verwenden Sie für die mathematische Notation der zeitlichen Schwankungen der Harmonischen komplexe Formund Vektorgrafiken werden zur räumlichen Darstellung verwendet. Der durch die Stromleitung übertragene Strom wird durch die Formel erfasst: I = U / Z.

Die mathematische Notation der Hauptkomponenten des Ohmschen Gesetzes mit komplexen Zahlen ermöglicht die Programmierung der Algorithmen elektronischer Geräte, die zur Steuerung und Verwaltung komplexer technologischer Prozesse verwendet werden, die ständig im Energiesystem ablaufen.

Neben komplexen Zahlen wird die Differentialform der Schreibweise aller Verhältnisse verwendet. Es eignet sich zur Analyse der Leitfähigkeitseigenschaften von Materialien.

Einige technische Faktoren können das Ohmsche Gesetz für einen vollständigen Stromkreis verletzen. Sie beinhalten:

• hohe Schwingungsfrequenzen, wenn der Impuls der Ladungsträger zu beeinflussen beginnt. Sie haben keine Zeit, mit der Geschwindigkeit der Veränderungen im elektromagnetischen Feld mitzuhalten;

• Zustände der Supraleitung einer bestimmten Stoffklasse bei niedrigen Temperaturen;

• erhöhte Erwärmung von Stromleitungen durch elektrischen Strom. wenn die Strom-Spannungs-Kennlinie ihren linearen Charakter verliert;

• Zerstörung der Isolationsschicht durch Hochspannungsentladung;

• Medium aus Gas- oder Vakuumelektronenröhren;

• Halbleiterbauelemente und -elemente.