Georg Simon Ohm iniciou sua pesquisa inspirado na famosa obra de Jean Baptiste Fourier "The Analytical Theory of Heat". Neste trabalho, Fourier representou o fluxo de calor entre dois pontos como uma diferença de temperatura, e a mudança no fluxo de calor foi associada à sua passagem por um obstáculo de formato irregular feito de material isolante de calor. Da mesma forma, Ohm causou a ocorrência de uma corrente elétrica por uma diferença de potencial.

Com base nisso, Om começou a experimentar materiais diferentes condutor. A fim de determinar sua condutividade, ele os conectou em série e ajustou seu comprimento para que amperagem foi o mesmo em todos os casos.

Era importante para tais medições selecionar condutores com o mesmo diâmetro. Ohm, medindo a condutividade da prata e do ouro, obteve resultados que, de acordo com os dados modernos, não diferem em precisão. Portanto, o condutor de prata de Ohm conduziu menos corrente elétrica do que o ouro. O próprio Om explicou isso pelo fato de seu guia de prata estar coberto de óleo e por isso, aparentemente, o experimento não deu resultados precisos.

No entanto, esse não foi o único problema com os físicos, que na época estavam envolvidos em experimentos semelhantes com eletricidade. Grandes dificuldades em obter materiais puros sem impurezas para experimentos, dificuldades em calibrar o diâmetro do condutor distorceram os resultados dos testes. Um problema ainda maior era que a intensidade da corrente mudava constantemente durante os testes, uma vez que a fonte da corrente eram elementos químicos variáveis. Em tais condições, Ohm deduziu uma dependência logarítmica da força da corrente na resistência do fio.

Um pouco depois, o físico alemão Poggendorf, especialista em eletroquímica, sugeriu que Ohm substituísse os elementos químicos por um termopar de cobre-bismuto. Ohm começou seus experimentos novamente. Desta vez, ele usou um dispositivo termoelétrico operando no efeito Seebeck como uma bateria. Para ele, ele conectou sequencialmente 8 condutores de cobre do mesmo diâmetro, mas comprimentos diferentes. Para medir a força da corrente, Ohm pendurou uma agulha magnética com um fio de metal acima dos condutores. A corrente correndo paralela a esta flecha deslocou-a para o lado. Quando isso aconteceu, o físico torceu o fio até que a flecha voltasse para posicão inicial... Com base no ângulo em que a rosca foi torcida, foi possível avaliar o valor da força de corrente.

Como resultado de um novo experimento, Ohm chegou à fórmula:

X = a / b + l

Aqui X- a intensidade do campo magnético do fio, eu- comprimento do fio, uma- valor constante da tensão da fonte, b- resistência constante dos demais elementos do circuito.

Se nos voltarmos para termos modernos para descrever esta fórmula, obteremos que NS- força atual, mas- Fonte EMF, b + l- resistência total do circuito.

Lei de Ohm para uma seção de uma corrente

A lei de Ohm para uma seção separada dos estados do circuito: a corrente na seção do circuito aumenta com o aumento da tensão e diminui com o aumento da resistência desta seção.

I = U / R

Com base nesta fórmula, podemos decidir que a resistência do condutor depende da diferença de potencial. Do ponto de vista da matemática, isso é correto, mas falso do ponto de vista da física. Esta fórmula é aplicável apenas para calcular a resistência em uma seção separada do circuito.

Assim, a fórmula para calcular a resistência do condutor terá a forma:

R = p ⋅ l / s

Lei de Ohm para um circuito completo

A diferença entre a lei de Ohm para um circuito completo e a lei de Ohm para uma seção de um circuito é que agora temos que levar em consideração dois tipos de resistência. Este "R" é a resistência de todos os componentes do sistema e "r" é a resistência interna da fonte de força eletromotriz. A fórmula, portanto, assume a forma:

I = U / R + r

Lei de Ohm para corrente alternada

A corrente alternada difere da corrente constante porque muda com certos períodos de tempo. Especificamente, ele muda seu significado e direção. Para aplicar a lei de Ohm aqui, deve-se ter em mente que a resistência em um circuito com corrente contínua pode ser diferente da resistência em um circuito com corrente alternada. E é diferente no caso de componentes com reatância serem usados ​​no circuito. A resistência reativa pode ser indutiva (bobinas, transformadores, bobinas) e capacitiva (capacitor).

Vamos tentar descobrir qual é a diferença real entre a reatância e a resistência ativa em um circuito de corrente alternada. Você já deve ter entendido que o valor da tensão e da corrente em tal circuito muda com o tempo e tem, grosso modo, uma forma de onda.

Se representarmos esquematicamente como esses dois valores mudam ao longo do tempo, obteremos uma senoide. Tanto a tensão quanto a amperagem sobem de zero a valor máximo, então, indo para baixo, passa pelo valor zero e atinge o valor negativo máximo. Depois disso, eles sobem novamente de zero ao valor máximo e assim por diante. Quando se diz que a intensidade de uma corrente ou tensão tem valor negativo, significa que se movem na direção oposta.

Todo o processo ocorre em intervalos regulares. O ponto onde a tensão ou o valor da corrente do valor mínimo subindo ao valor máximo passa por zero é chamado de fase.

Na verdade, este é apenas um prefácio. Voltemos à reatância e resistência ativa. A diferença é que em um circuito com resistência ativa, a fase da corrente coincide com a fase da tensão. Ou seja, tanto o valor da corrente quanto o valor da tensão atingem um máximo na mesma direção ao mesmo tempo. Nesse caso, nossa fórmula para calcular a tensão, resistência ou corrente não muda.

Se o circuito contém reatância, as fases da corrente e da tensão são deslocadas entre si em ¼ do período. Isso significa que quando a corrente atingir seu valor máximo, a tensão será zero e vice-versa. Quando a reatância indutiva é aplicada, a fase de tensão "ultrapassa" a fase atual. Quando a capacitância é aplicada, a fase da corrente "ultrapassa" a fase da tensão.

Fórmula para calcular a queda de tensão através da reatância indutiva:

U = I ⋅ ωL

Onde euÉ a indutância da reatância, e ω - frequência angular (derivada do tempo da fase de oscilação).

Fórmula para calcular a queda de tensão através da resistência capacitiva:

U = I / ω ⋅ С

COM- capacitância da reatância.

Essas duas fórmulas são casos especiais da lei de Ohm para circuitos variáveis.

O completo terá a seguinte aparência:

I = U / Z

Aqui Z- a impedância de um circuito variável conhecido como impedância.

Âmbito de aplicação

A lei de Ohm não é uma lei básica da física, é apenas uma dependência conveniente de alguns valores de outros, o que é adequado em quase todas as situações na prática. Portanto, será mais fácil listar as situações em que a lei pode não funcionar:

• Se houver inércia de portadores de carga, por exemplo, em alguns campos elétricos de alta frequência;
• Em supercondutores;
• Se o fio aquecer a tal ponto que a característica corrente-tensão deixe de ser linear. Por exemplo, em lâmpadas incandescentes;
• Tubos de rádio em vácuo e gás;
• Em diodos e transistores.

A lei de Ohm para corrente alternada geralmente tem a mesma forma que para corrente contínua. Ou seja, com o aumento da tensão no circuito, a corrente nele também aumentará. A diferença é que em um circuito de corrente alternada, elementos como indutor e capacitância fornecem resistência a ele. Levando este fato em consideração, escrevemos a lei de Ohm para a corrente alternada.

Fórmula 1 - Lei de Ohm para corrente alternada

onde z é a impedância do circuito.

Fórmula 2 - impedância do circuito

No caso geral, a impedância do circuito CA consistirá em resistência capacitiva e indutiva ativa. Simplificando, a corrente em um circuito de corrente alternada depende não apenas da resistência ôhmica ativa, mas também da magnitude da capacitância e da indutância.

Figura 1 - circuito contendo resistência ôhmica indutiva e capacitiva

Se, por exemplo, um capacitor for incluído no circuito CC, então não haverá corrente no circuito, uma vez que o capacitor CC é um circuito aberto. Se a indutância aparecer no circuito CC, a corrente não mudará. A rigor mudará, pois a bobina terá resistência ôhmica. Mas a mudança será insignificante.

Se o capacitor e a bobina estiverem incluídos no circuito de corrente alternada, eles resistirão à corrente na proporção do valor da capacitância e da indutância, respectivamente. Além disso, uma mudança de fase entre a tensão e a corrente será observada no circuito. Em geral, a corrente no capacitor está 90 graus à frente da tensão. Na indutância, no entanto, ele fica 90 graus para trás.

Capacitância depende da capacidade e frequência da corrente alternada. Essa dependência é inversamente proporcional, ou seja, com o aumento da frequência e da capacitância, a resistência diminui.

Após a descoberta da indução eletromagnética em 1831 por Faraday, surgiram os primeiros geradores de corrente contínua e, em seguida, de corrente alternada. A vantagem deste último é que a corrente alternada é transmitida ao consumidor com menos perdas.

Conforme a tensão no circuito aumenta, a corrente aumentará da mesma forma que no caso de corrente constante. Mas em um circuito de corrente alternada, a resistência acaba sendo um indutor e um capacitor. Com base nisso, escrevemos a lei de Ohm para a corrente alternada: o valor da corrente no circuito de corrente alternada é diretamente proporcional à tensão no circuito e inversamente proporcional à resistência total do circuito.

• I [A] - força atual,
• U [V] - tensão,
• Z [Ohm] é a resistência total do circuito.

Impedância do circuito

No caso geral, a impedância de um circuito de corrente alternada (Fig. 1) consiste em resistência ativa (R [Ohm]), indutiva e capacitiva. Em outras palavras, a corrente no circuito de corrente alternada depende não apenas da resistência ôhmica ativa, mas também do valor da capacitância (C [F]) e da indutância (L [H]). A impedância do circuito AC pode ser calculada usando a fórmula:

Onde

A impedância de um circuito de corrente alternada pode ser representada graficamente como a hipotenusa de um triângulo retângulo, em que as pernas são ativas e resistência indutiva.

Figura 1. Triângulo de resistência

Levando em consideração as últimas igualdades, escrevemos a fórmula da lei de Ohm para corrente alternada:

- o valor da amplitude da intensidade da corrente.

Figura 2. Circuito elétrico serial dos elementos R, L, C.

Por experiência, pode ser determinado que em tal circuito, as flutuações de corrente e tensão não coincidem em fase, e a diferença de fase entre esses valores depende da indutância da bobina e da capacitância do capacitor.

Dizem: “se você não conhece a lei de Ohm, fique em casa”. Portanto, vamos descobrir (lembrar) o que é esta lei e corajosamente dar um passeio.

Conceitos básicos da lei de Ohm

Como entender a lei de Ohm? Você só precisa descobrir o que é o quê em sua definição. E você deve começar determinando a força da corrente, tensão e resistência.

Atual eu

Deixe uma corrente fluir em algum condutor. Ou seja, há um movimento direcional de partículas carregadas - digamos, esses são elétrons. Cada elétron tem uma carga elétrica elementar (e = -1,60217662 × 10 -19 Coulomb). Nesse caso, uma carga elétrica específica, igual à soma de todas as cargas dos elétrons em fluxo, passará por uma determinada superfície por um determinado período de tempo.

A relação entre carga e tempo é chamada de amperagem. Quanto mais carga passar pelo condutor em um determinado tempo, maior será a corrente. A força atual é medida em Amperes.

Tensão U ou diferença de potencial

É exatamente isso que faz os elétrons se moverem. O potencial elétrico caracteriza a habilidade do campo em realizar o trabalho de transferência de carga de um ponto a outro. Portanto, entre dois pontos do condutor existe uma diferença de potencial, e o campo elétrico faz o trabalho de transferência da carga.

Quantidade física igual ao trabalho do campo elétrico efetivo durante a transferência carga elétrica, e é chamado de voltagem. Medido em Volt... Um VoltÉ a tensão que, quando a carga se move em 1 CL funciona igual a 1 Joule.

Resistance R

Sabe-se que a corrente flui em um condutor. Que seja algum tipo de fio. Movendo-se ao longo do fio sob a ação do campo, os elétrons colidem com os átomos do fio, o condutor aquece, os átomos na estrutura cristalina começam a vibrar, criando ainda mais problemas para os elétrons se moverem. É esse fenômeno que se chama resistência. Depende da temperatura, material, seção transversal do condutor e é medido em Omah.

Formulação e explicação da lei de Ohm

A lei do professor alemão Georg Ohm é muito simples. Diz:

A intensidade da corrente na seção do circuito é diretamente proporcional à tensão e inversamente proporcional à resistência.

Georg Ohm derivou esta lei experimentalmente (empiricamente) em 1826 ano. Naturalmente, quanto maior for a resistência da seção do circuito, menor será a intensidade da corrente. Conseqüentemente, quanto maior a tensão, maior a corrente.

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Esta formulação da lei de Ohm é a mais simples e é adequada para a seção de corrente. Ao dizer "seção do circuito", queremos dizer que esta é uma seção homogênea onde não há fontes de corrente com EMF. Simplificando, esta seção contém algum tipo de resistência, mas não há bateria para fornecer a própria corrente.

Se considerarmos a lei de Ohm para uma cadeia completa, sua formulação será um pouco diferente.

Suponha que temos um circuito, ele tem uma fonte de corrente que cria voltagem e algum tipo de resistência.

A lei será redigida da seguinte forma:

A explicação da lei de Ohm para um circuito oco não difere fundamentalmente da explicação para uma seção do circuito. Como você pode ver, a resistência é a soma da própria resistência e da resistência interna da fonte de corrente e, em vez da tensão, a força eletromotriz da fonte aparece na fórmula.

A propósito, sobre o que é EMF, leia nosso artigo separado.

Como entender a lei de Ohm?

Para entender intuitivamente a lei de Ohm, voltemos à analogia de representar uma corrente na forma de um líquido. Isso é exatamente o que Georg Ohm pensava quando conduziu os experimentos, graças aos quais a lei que leva seu nome foi descoberta.

Imagine que a corrente não é o movimento das partículas portadoras de carga no condutor, mas o movimento do fluxo de água na tubulação. Primeiro, a água é levantada por uma bomba até a estação de bombeamento e, de lá, sob a influência da energia potencial, ela tende para baixo e flui pela tubulação. Além disso, quanto mais alto a bomba bombeia a água, mais rápido ela fluirá no tubo.

Daí decorre que a vazão de água (corrente no fio) será tanto maior quanto maior for a energia potencial da água (diferença de potencial)

A intensidade da corrente é diretamente proporcional à tensão.

Agora vamos nos voltar para a resistência. A resistência hidráulica é a resistência de um tubo devido ao seu diâmetro e rugosidade da parede. É lógico supor que quanto maior o diâmetro, o menos resistência canos e assim grande quantidadeágua (mais corrente) fluirá por sua seção transversal.

A força da corrente é inversamente proporcional à resistência.

Tal analogia só pode ser traçada para uma compreensão fundamental da lei de Ohm, uma vez que sua forma original é, na verdade, uma aproximação um tanto grosseira, que, no entanto, encontra excelente aplicação na prática.

Na verdade, a resistência de uma substância se deve à vibração dos átomos da rede cristalina, e a corrente se deve ao movimento de portadores de carga livre. Nos metais, os portadores livres são elétrons que escaparam das órbitas atômicas.

Neste artigo, tentamos fornecer uma explicação simples da Lei de Ohm. Saber essas coisas aparentemente simples pode fazer um bom trabalho no exame. Claro, demos sua formulação mais simples da lei de Ohm e não vamos entrar na selva da física superior agora, lidando com resistências ativas e reativas e outras sutilezas.

Se você tiver essa necessidade, nossos funcionários ficarão felizes em ajudá-lo. E, finalmente, sugerimos que você assista a um vídeo interessante sobre a lei de Ohm. É muito educativo!

Alvo: determinar experimentalmente a impedância de várias cargas e comparar os valores experimentais com os teóricos.

Parte teórica

Considere a relação entre a corrente e a tensão em um circuito de corrente alternada quando várias cargas estão conectadas a ele (Fig. 29).

Resistência ôhmica. Este termo se refere à resistência de um condutor à corrente contínua. A seguir, consideraremos as correntes quase estacionárias, para as quais os valores instantâneos da corrente e da tensão, denotados por letras minúsculas eu e você, obedeça às leis de Ohm e Joule-Lenz. Os valores de amplitude de corrente e tensão serão denotados Eu estou e U m.

Deixe uma tensão variando de acordo com a lei harmônica ser aplicada à resistência ôhmica:

você = U m porque w t, (31)

onde w - frequência cíclica hesitação. De acordo com a lei de Ohm através R a corrente vai fluir pela força eu:

eu = Eu estou porque w t, (33)

Das relações (32) e (33) segue:

1) as fases da corrente e da voltagem através da resistência ôhmica coincidem;

2) as amplitudes da corrente e da tensão estão relacionadas pela razão

Arroz. 29. Cargas ôhmicas, indutivas e capacitivas

Resistência indutiva. Vamos aplicar a uma bobina com indutância eu e resistência ôhmica desprezível, voltagem variando de acordo com a lei (31). Uma corrente alternada é gerada na bobina, criando um campo magnético alternado. Mudança no fluxo magnético Ф = Li deste campo irá excitar o EMF de auto-indução nas voltas da bobina

.

Uma vez que a tensão fornecida à bobina desempenha o papel de um EMF, e não há queda de tensão no circuito ( R= 0), de acordo com a segunda regra de Kirchhoff para valores instantâneos, podemos escrever:

você+ = 0 ou .

Este último pode ser reescrito como equação diferencial

Ou .

A integração desta equação dá a seguinte expressão:

.

,

(35)

De (31) e (35) segue-se:

1) a corrente que passa pela bobina está atrasada em relação à tensão em fase em / 2 ou, o que é o mesmo, a tensão está adiantada em / 2 em relação à corrente em fase;

A comparação de (36) com (32) implica que a quantidade w eu desempenha o papel de resistência em um circuito com indutância. A quantidade

X L= w eu (37)

são chamados reatância indutiva.

Capacitância... O capacitor é uma falha de fio, então não passa corrente contínua. Quando a tensão entre as placas muda, o valor instantâneo da carga do capacitor, determinado pela fórmula

q = Cu, (38)

para o qual uma corrente deve fluir nos fios de alimentação, trazendo uma carga para as placas ou levando para longe delas. Diz-se que um capacitor passa uma corrente alternada, embora nenhuma transferência de carga de uma placa para outra ocorra no espaço entre as placas.

A carga que passa pelos fios se acumula nas placas do capacitor, então seu valor é i = dq / dt, Onde q- valor instantâneo da carga da placa. Levando em consideração (38) e considerando a tensão fornecida variando de acordo com a lei (31), obtemos:

.

Já que cos (p / 2 + w t) = –Sin w t, o último terá a forma:

. (39)

Comparando (31) e (39), temos:

1) a corrente no circuito com o capacitor está à frente da tensão em fase por / 2, ou seja, a tensão está atrasada em relação à corrente em fase / 2;

2) as amplitudes da corrente e da tensão estão relacionadas pela relação

. (40)

A quantidade

são chamados resistência capacitiva.

Ao medir e calcular circuitos de corrente alternada, em vez de amplitude, use agindo (eficaz) valores atuais eu e voltagem você, que estão associados à amplitude:

A sua utilização deve-se ao facto de a lei de Joule-Lenz no caso da corrente alternada assumir a mesma forma que para a corrente contínua. Consequentemente, os instrumentos de medição elétricos são calibrados para valores efetivos.

Obviamente, as fórmulas (34), (36) e (40) não mudam quando os valores de amplitude são substituídos por valores eficazes e tomam a forma:

U R = I × R,U L = eu× w eu, U C = eu/ C C, (42)

onde índices R,eu e C significa a tensão na carga correspondente.

Diagramas de vetor... As relações de fase entre a corrente e a tensão são mostradas graficamente na Fig. trinta.

Existe outra forma de representá-los, o que permite simplificar os cálculos de circuitos com cargas complexas.

Arroz. 31

Vamos desenhar a partir de algum ponto O(fig. 31) eixo OH e separar do mesmo ponto o vetor MAS em um ângulo j ao eixo OH... Em seguida, colocamos esse vetor em rotação em torno do ponto O no plano da figura no sentido anti-horário com velocidade angular w. Ângulo entre A® e OH Depois de algum tempo t será a = w t+ j. Projeção A® por eixo OHé igual a

A X = NS = UMA porque um

NS = UMA cos (w t+ j). (43)

Conclusão: qualquer vibração harmônica pode ser representada pela rotação de um vetor de comprimento e orientação apropriados.

Portanto, se construirmos um vetor você e no ângulo apropriado, coloque de lado o vetor eu, então com a rotação conjunta dos vetores, o ângulo entre eles permanecerá inalterado (43). Diagramas vetoriais de correntes e tensões em várias cargas são mostrados na Fig. 32

Conexão serial R,L e C... Para calcular tal circuito, usaremos o método de diagramas vetoriais. Quando as cargas são conectadas em série, o valor instantâneo da intensidade da corrente em todos os pontos do circuito deve ser o mesmo, ou seja, a fase atual é a mesma para todas as cargas.

No entanto, as tensões nas cargas estão defasadas com a corrente. A tensão através da resistência ôhmica está em fase com a corrente, na resistência indutiva ela está à frente da corrente em 2/2, na resistência capacitiva ela está atrasada em / 2. Assim, adicionando os vetores U R, U L e U C, obtemos a tensão total aplicada ao circuito. Porque o U L e U C oposta na direção, é mais conveniente dobrá-los primeiro e, em seguida, o vetor U L - U C dobre com U R... Como resultado, temos:

.

Substituindo as relações (42), obtemos:

. (44)

Nessa expressão, o papel da resistência é desempenhado pela quantidade

, (45)

chamada de impedância do circuito para corrente alternada, ou impedância... Com a sua utilização (44) assumirá a forma:

U = I × Z. (46)

Esta expressão é freqüentemente chamada de lei de Ohm para correntes alternadas. A quantidade

(47)

chamado reatância e é uma combinação de reatâncias indutivas e capacitivas.

O diagrama vetorial (Fig. 33) também mostra que a tensão aplicada e a corrente que flui no circuito não oscilam na mesma fase, mas têm entre si mudança de fase j, cujo valor é determinado por qualquer uma das seguintes fórmulas a partir do diagrama:

; ;

.

Deve-se notar que a fórmula (46) é geral para qualquer conexão de cargas, e as fórmulas (45), (47) e (48) são válidas apenas para o caso particular de uma conexão em série.

parte experimental

Equipamento: reostato 1000 ohm, chave, amperímetro, voltímetro, reostato 100 ohm, banco de capacitores, bobina.

Ordem de serviço

Exercício 1. Medição de resistência ôhmica.

O diagrama de configuração é mostrado na Fig. 34

Neste experimento, um reostato de baixa resistência é usado como carga. O reostato de alta resistência é usado como potenciômetro.

1. Meça a corrente através da carga em três tensões diferentes aplicadas a ela. Insira os resultados da medição na tabela. 12

Tarefa 2. Medição de capacitância.

1. No circuito de trabalho, inclua um banco de capacitores como carga. Meça a corrente e a tensão na carga da mesma forma que na tarefa 1. Os resultados da medição também são inseridos na tabela. 12

Observação. Recomenda-se selecionar o valor da capacidade da bateria na faixa de 20-40 μF.

Tarefa 3. Medição da impedância da bobina.

1. A medição da impedância da bobina é realizada da mesma forma que nas tarefas anteriores, usando a bobina como carga.

Tarefa 4. Medindo a impedância de uma conexão em série R,L e C.

1. A carga será um reostato, um banco de capacitores e uma bobina conectada em série.

2. Meça a corrente e a tensão na carga da mesma forma que na tarefa 1.

3. A partir dos resultados de cada medição, calcule as impedâncias Z exp carrega.

4. Compare os resultados experimentais com valores teóricos ou de passaporte. Os resultados da comparação são dados na conclusão.

Tabela 12

Número de Trabalho	Tensão, você	Força atual, eu	Z exp, ohm	Z exp , Ohm	Z teore, ohm
valor da divisão	em divisões	em B	valor da divisão	em divisões	em um
resistor
capacitor
bobina
4 conexão serial

Observação. O valor teórico do reostato será o valor de resistência do passaporte. Para capacitor Z a teoria é determinada pelo valor da capacidade utilizada no experimento, o cálculo é feito de acordo com a fórmula (41). A bobina tem resistência ôhmica e indutiva, então sua impedância é calculada pela fórmula (45), e como R a soma das resistências ôhmicas do reostato e da bobina deve ser usada.

5. Calcular os erros dos valores experimentais de acordo com as classes de precisão do amperímetro e voltímetro, teóricas - de acordo com os dados do passaporte dos dispositivos.

perguntas de teste e tarefas

1. Escreva e explique a lei de Ohm para corrente alternada.

2. Como são determinados o ôhmico, a reatância e a impedância em um circuito de corrente alternada?

3. O que se entende por valores efetivos de corrente e tensão?

4. Desenhe um diagrama fasorial para o resistor CA. Explique.

5. Desenhe um diagrama fasorial para o capacitor no circuito CA. Explique.

6. Desenhe diagramas de vetores para uma bobina ideal e uma bobina com resistência ôhmica perceptível no circuito CA. Explique.

7. Desenhe um diagrama vetorial para a conexão em série de um resistor, capacitor e bobina em um circuito CA. Explique. Obtenha a Lei de Ohm do diagrama vetorial.

Trabalho de laboratório 9 (11)

MEDIÇÃO DE POTÊNCIA

NO CIRCUITO AC

Alvo: familiarize-se com a medição de potência em um circuito de corrente alternada usando o método de três voltímetros.

Parte teórica

Como qualquer condutor, uma bobina em um circuito CC consome energia para aquecer os fios. A propriedade de um condutor de converter a energia de uma corrente elétrica em calor é caracterizada por sua resistência ôhmica R... A potência de perda de calor é determinada pela fórmula

Onde eu- intensidade da corrente no condutor.

Quando a bobina é conectada a um circuito de corrente alternada, ela também libera calor de acordo com a lei (49), mas neste caso euÉ o valor efetivo da corrente alternada.

Se a bobina tiver um núcleo ferromagnético, a corrente alternada que passa pela bobina excita correntes parasitas (correntes de Foucault) nela, levando ao aquecimento do núcleo. Além disso, há uma mudança contínua na magnetização do núcleo em magnitude e direção (reversão da magnetização), o que também leva ao aquecimento do núcleo. Essa perda adicional de energia é equivalente a um aumento na resistência do condutor. As perdas irreversíveis de energia totais gastas no aquecimento dos fios e do núcleo são caracterizadas por resistência ativa bobina determinada pela fórmula

Esta resistência, ao contrário da resistência ôhmica, não pode ser medida, só pode ser calculada.

A queda de tensão na resistência ativa é considerada oscilar em fase com a corrente.

Arroz. 35

Na ausência de um wattímetro, a potência consumida pela bobina pode ser determinada usando três voltímetros. Se a bobina tiver indutância eu e resistência ativa R a, então uma mudança de fase j ocorre entre a corrente na bobina e a tensão através dela, o que é ilustrado pelo diagrama vetorial (Fig. 35), onde eu- corrente através da bobina, você e e U L- queda de tensão através da resistência ativa e indutiva da bobina, você k é a tensão total na bobina.

A energia consumida pela bobina pode ser calculada a partir de (49) ou pela fórmula

. (51)

eu e você k é medido diretamente, e para determinar o fator de potência (cos j), uma resistência ôhmica é conectada em série com a bobina R.

A partir do diagrama vetorial (Fig. 36), a tensão total no circuito será escrita de acordo com o teorema do cosseno:

. (52)

Arroz. 36

Nessas expressões você- tensão aplicada, você k - tensão da bobina, U R- tensão na resistência ôhmica. Todas as três tensões são mensuráveis ​​diretamente. Além disso, uma vez que a bobina e a resistência ôhmica estão conectadas em série, a intensidade da corrente nelas é a mesma e é determinada pela fórmula

o que permite fazer sem um amperímetro.

parte experimental

Equipamento: autotransformador; bobina; reostato; voltímetro 0-50 V; 2 voltímetros 0-150 V; núcleos sólidos e embutidos.

Ordem de serviço

Exercício 1. Medindo a potência de uma bobina não cortada.

No diagrama da fig. 37, a tensão fornecida ao circuito é regulada por um autotransformador. Um reostato é usado como resistência ôhmica.