Capitolul 2 - Legea lui Ohm

Până acum am analizat circuite cu o singură baterie, cu o singură rezistență, fără a ține cont de firele de conectare dintre componente, atâta timp cât se formează un circuit complet. Contează lungimea firului sau „forma” circuitului pentru calculele noastre? Să ne uităm la câteva diagrame de circuit și să aflăm:

circuit

Când tragem fire de conectare a punctelor într-un circuit electric, presupunem de obicei că aceste fire au o rezistență neglijabilă. Ca atare, ele nu contribuie la niciun efect apreciabil asupra rezistenței generale a circuitului, astfel încât singura rezistență cu care trebuie să ne confruntăm este rezistența componentelor. În circuitele de mai sus, singura rezistență provine de la rezistențele de 5 Ω, deci acesta este tot ceea ce vom lua în considerare în calculele noastre.

În viața reală, firele metalice au de fapt rezistență (la fel și sursele de alimentare!), Dar acele rezistențe sunt, în general, mult mai mici decât rezistența prezentă în celelalte componente ale circuitului, încât pot fi ignorate în siguranță. Excepții la această regulă există în cablarea sistemului de alimentare, unde chiar și cantități foarte mici de rezistență a conductorului pot crea căderi de tensiune semnificative, având în vedere nivelurile normale (ridicate) de curent.

Puncte comune electrice într-un circuit

Dacă rezistența firului de conectare este foarte mică sau nu există, putem considera punctele conectate într-un circuit ca fiind comune electric. Adică, punctele 1 și 2 din circuitele de mai sus pot fi unite fizic apropiate sau îndepărtate și nu contează pentru măsurători de tensiune sau rezistență în raport cu acele puncte.

Același lucru este valabil și pentru punctele 3 și 4. Este ca și cum capetele rezistorului ar fi atașate direct peste bornele bateriei, în ceea ce privește calculele și măsurătorile de tensiune ale Legii lui Ohm.

Acest lucru este util de știut, deoarece înseamnă că puteți desena din nou o schemă de circuit sau re-conecta un circuit, scurtând sau prelungind firele după cum doriți, fără a afecta în mod semnificativ funcția circuitului. Tot ceea ce contează este că componentele se atașează una de cealaltă în aceeași ordine.

De asemenea, înseamnă că măsurătorile de tensiune între seturile de puncte „electrice comune” vor fi aceleași. Adică, tensiunea dintre punctele 1 și 4 (direct peste baterie) va fi aceeași cu tensiunea dintre punctele 2 și 3 (direct peste rezistor). Aruncați o privire atentă la următorul circuit și încercați să determinați ce puncte sunt comune între ele:

Aici, avem doar 2 componente, cu excepția firelor: bateria și rezistorul. Deși firele de conectare iau o cale complicată în formarea unui circuit complet, există mai multe puncte electrice comune în calea curentă. Punctele 1, 2 și 3 sunt comune unele cu altele, deoarece sunt conectate direct între ele prin cablu. Același lucru este valabil și pentru punctele 4, 5 și 6.

Tensiunea dintre punctele 1 și 6 este de 10 volți, provenind direct de la baterie. Cu toate acestea, deoarece punctele 5 și 4 sunt comune la 6 și punctele 2 și 3 comune la 1, aceleași 10 volți există și între aceste alte perechi de puncte:

Deoarece punctele electrice comune sunt conectate împreună prin fir (cu rezistență zero), nu există nicio cădere de tensiune semnificativă între ele, indiferent de cantitatea de curent condusă de la unul la altul prin acel fir de conectare. Astfel, dacă ar fi să citim tensiunile între punctele comune, ar trebui să arătăm (practic) zero:

Calculul căderii de tensiune cu legea lui Ohm

Acest lucru are sens și matematic. Cu o baterie de 10 volți și un rezistor de 5 Ω, circuitul curent va fi de 2 amperi. Cu rezistența firului zero, căderea de tensiune pe orice întindere continuă de fir poate fi determinată prin Legea lui Ohm ca atare:

Ar trebui să fie evident că căderea de tensiune calculată pe orice lungime neîntreruptă a firului într-un circuit în care se presupune că firul are rezistență zero va fi întotdeauna zero, indiferent de magnitudinea curentului, deoarece zero înmulțit cu orice este egal cu zero.

Deoarece punctele comune dintr-un circuit vor prezenta aceleași măsurători relative de tensiune și rezistență, firele care conectează punctele comune sunt adesea etichetate cu aceeași denumire. Acest lucru nu înseamnă că punctele de conectare ale terminalului sunt etichetate la fel, doar firele de conectare. Luați acest circuit ca exemplu:

Punctele 1, 2 și 3 sunt comune între ele, astfel încât punctul de conectare a firului 1 la 2 este etichetat la fel (firul 2) ca punctul de conectare a firului 2 la 3 (firul 2). Într-un circuit real, firul care se întinde de la punctele 1 până la 2 poate să nu aibă nici măcar aceeași culoare sau dimensiune ca punctul de conectare a firului 2 la 3, dar ar trebui să poarte exact aceeași etichetă. Același lucru este valabil și pentru firele care conectează punctele 6, 5 și 4.

Scăderea tensiunii ar trebui să fie egală cu zero în punctele comune

Știind că punctele electrice comune au zero căderi de tensiune între ele este un principiu valoros de depanare. Dacă măsoară tensiunea dintre punctele dintr-un circuit care ar trebui să fie comune între ele, ar trebui să citesc zero.

Cu toate acestea, dacă citesc tensiunea substanțială dintre aceste două puncte, atunci știu cu certitudine că nu pot fi conectate direct împreună. Dacă aceste puncte ar trebui să fie comune din punct de vedere electric, dar se înregistrează altfel, atunci știu că există o „defecțiune deschisă” între aceste puncte.

Tensiunea zero înseamnă în mod tehnic o tensiune neglijabilă

O ultimă notă: în cele mai multe scopuri practice, se poate presupune că conductoarele de sârmă au rezistență zero de la capăt la capăt. În realitate, totuși, va exista întotdeauna o cantitate mică de rezistență întâlnită de-a lungul lungimii unui fir, cu excepția cazului în care acesta este un fir supraconductor. Știind acest lucru, trebuie să ținem cont de faptul că principiile învățate aici despre punctele electrice comune sunt valabile într-o măsură mare, dar nu într-un grad absolut.

Adică, regula conform căreia punctele electrice comune sunt garantate să aibă tensiune zero între ele este mai precis afirmată ca atare: punctele electrice comune vor avea o tensiune foarte mică scăzută între ele. Această mică, practic inevitabilă urmă de rezistență găsită în orice bucată de fir de legătură este obligată să creeze o mică tensiune pe lungimea acestuia, pe măsură ce curentul este condus prin.

Atâta timp cât înțelegeți că aceste reguli se bazează pe condiții ideale, nu veți fi nedumerit atunci când întâlniți o condiție care pare a fi o excepție de la regulă.

REVIZUIRE:

  • Se presupune că firele de conectare într-un circuit au rezistență zero, cu excepția cazului în care se specifică altfel.
  • Sârmele dintr-un circuit pot fi scurtate sau prelungite fără a afecta funcția circuitului - tot ceea ce contează este că componentele sunt atașate una la cealaltă în aceeași succesiune.
  • Punctele conectate direct împreună într-un circuit prin rezistență zero (fir) sunt considerate a fi electrice comune.
  • Punctele electrice comune, cu rezistență zero între ele, vor avea o tensiune zero scăzută între ele, indiferent de magnitudinea curentului (ideal).
  • Citirile de tensiune sau rezistență la care se face referire între seturile de puncte electrice comune vor fi aceleași.
  • Aceste reguli se aplică condițiilor ideale, în care se presupune că firele de conectare au o rezistență absolut nulă. În viața reală, acest lucru nu va fi probabil, dar rezistențele firelor ar trebui să fie suficient de scăzute, astfel încât principiile generale enunțate aici să rămână valabile.