Das wichtigste Gesetz der Elektrotechnik – das Ohmsche Gesetz
Ohm'sches Gesetz
Der deutsche Physiker Georg Ohm (1787 -1854) stellte experimentell fest, dass die Stärke des Stroms I, der durch einen gleichmäßigen metallischen Leiter (also einen Leiter, in dem keine äußeren Kräfte wirken) fließt, proportional zur Spannung U an den Enden des Leiters ist:
I = U / R, (1)
wobei R – elektrischer Widerstand des Leiters.
Gleichung (1) drückt das Ohmsche Gesetz für einen Stromkreisabschnitt (der keine Stromquelle enthält) aus: Der Strom in einem Leiter ist direkt proportional zur angelegten Spannung und umgekehrt proportional zum Widerstand des Leiters.
Der Abschnitt des Stromkreises, in dem die EMK nicht wirkt. (äußere Kräfte) wird als homogener Abschnitt des Stromkreises bezeichnet, daher gilt diese Formulierung des Ohmschen Gesetzes für einen homogenen Teil des Stromkreises.
Weitere Einzelheiten finden Sie hier: Ohmsches Gesetz für einen Abschnitt eines Stromkreises
Nun betrachten wir einen inhomogenen Abschnitt des Stromkreises, wobei die effektive EMK von Abschnitt 1 – 2 mit Ε12 bezeichnet und an den Enden des Abschnitts angelegt wird Potenzieller unterschied – durch φ1 – φ2.
Wenn der Strom durch feste Leiter fließt, die Abschnitt 1-2 bilden, beträgt die Arbeit A12 aller Kräfte (äußere und elektrostatische), die auf die Stromträger ausgeübt werden das Gesetz der Erhaltung und Umwandlung von Energie gleich der in der Umgebung freigesetzten Wärme. Die Arbeit der Kräfte, die verrichtet werden, wenn sich die Ladung Q0 im Abschnitt 1 — 2 bewegt:
A12 = Q0E12 + Q0 (φ1 — φ2) (2)
E.m.s. E12 auch Stromstärke I ist eine skalare Größe. Es muss entweder ein positives oder ein negatives Vorzeichen haben, abhängig vom Vorzeichen der von äußeren Kräften geleisteten Arbeit. Ich fütterte. fördert die Bewegung positiver Ladungen in der gewählten Richtung (in Richtung 1-2), dann ist E12 > 0. Wenn Einheiten. verhindert, dass sich positive Ladungen in diese Richtung bewegen, dann ist E12 <0.
Während der Zeit t wird im Leiter Wärme freigesetzt:
Q = Az2Rt = IR (It) = IRQ0 (3)
Aus den Formeln (2) und (3) erhalten wir:
IR = (φ1 – φ2) + E12 (4)
Wo
I = (φ1 — φ2 + E12) / R (5)
Ausdruck (4) oder (5) ist das Ohmsche Gesetz für einen inhomogenen Querschnitt eines Stromkreises in Integralform, das verallgemeinerte Ohmsche Gesetz.
Wenn in einem bestimmten Abschnitt des Stromkreises keine Stromquelle vorhanden ist (E12 = 0), dann gelangt man aus (5) zum Ohmschen Gesetz für einen homogenen Abschnitt des Stromkreises
I = (φ1 — φ2) / R = U / R
Wenn Stromkreis geschlossen ist, dann fallen die ausgewählten Punkte 1 und 2 zusammen, φ1 = φ2; dann erhalten wir aus (5) das Ohmsche Gesetz für einen geschlossenen Stromkreis:
I = E / R,
Dabei ist E die im Stromkreis wirkende EMK und R der Gesamtwiderstand des gesamten Stromkreises. Im Allgemeinen gilt R = r + R1, wobei r der Innenwiderstand der Stromquelle und R1 der Widerstand des externen Stromkreises ist.Daher sieht das Ohmsche Gesetz für einen geschlossenen Stromkreis wie folgt aus:
I = E / (r + R1).
Wenn der Stromkreis offen ist und kein Strom darin fließt (I = 0), dann erhalten wir aus dem Ohmschen Gesetz (4) (φ1 — φ2) = E12, d. h. Die in einem offenen Stromkreis wirkende EMK ist gleich der Potentialdifferenz zwischen seinen Enden. Um die EMK einer Stromquelle zu ermitteln, ist es daher erforderlich, die Potentialdifferenz zwischen ihren Leerlaufanschlüssen zu messen.
Beispiele für Berechnungen nach dem Ohmschen Gesetz:
Berechnung des Stroms nach dem Ohmschen Gesetz
Berechnung des Ohmschen Widerstands
Spannungsabfall
Siehe auch:
Über Potentialdifferenz, elektromotorische Kraft und Spannung
Elektrischer Strom in Flüssigkeiten und Gasen
Elektrischer Widerstand von Drähten
Magnetismus und Elektromagnetismus
Über das Magnetfeld, Magnetspulen und Elektromagnete
Selbstinduktion und gegenseitige Induktion
Elektrisches Feld, elektrostatische Induktion, Kapazität und Kondensatoren
Was ist Wechselstrom und wie unterscheidet er sich vom Gleichstrom?