Articole electronica, kituri, scheme
Carti

Legea lui Ohm pentru intregul circuit

Fiecare sursă de curent are ea însăşi o anumită rezistenţă. Această rezistenţă poartă denumirea de rezistenţă internă şi se notează cu R.. Electronii deplasîndu-se în interiorul sursei, întîmpină aici o rezistenţă ca şi în orice alt conductor (fig. 10). Valoarea R; pentru diferite surse, este extrem de variată, putînd avea valori între fracţiuni de ohm şi pînă la mii şi chiar milioane de ohmi. Surse de curent mai puternice, capabile să producă un curent mai mare, au de obicei o valoare mai mică a lui R.. La sursele cu puterea mai mică însă, R . este mai mare. De exemplu, acumulatorii au R egal cu sutimi de ohm. La elementele uscate R£ poate varia între zecimi de ohm şi cîţiva ohmi, iar la bateriile uscate, cu multe elemente legate în serie, R. ajunge pînă la zeci şi chiar sute de ohmi. Pe măsura descărcării, rezistenţa internă a elementelor şi acumulatorilor se măreşte.

Dacă rezistenţa internă a unui generator este foarte mică în comparaţie cu rezistenţa circuitului exterior, ea nu este luată în considerare, dar aceasta nu este totdeauna admisibil.

Rezistenţa totală a întregului circuit închis, care, după cum ştim, este o legare în serie a sursei cu circuitul exterior, este egală cu suma rezistenţelor exterioară şi internă:

11. Legea lui Ohm pentru intregul circuit 1

Această valoare a rezistenţei totale determină curentul din circuit. Cînd prin rezistenţa internă a sursei trece un curent, la sursă, ca şi la orice altă rezistenţă se obţine o cădeţi de tensiune U , care poate fi calculată prin înmulţirea curentului cu rezistenţa şi anume : U = IxR. Cu alte cuvinte, o parte din f.e.m. a sursei se cheltuieşte pentru învingerea rezistenţei interne a sursei.

Căderea de tensiune U. din interiorul sursei pentru rezistenţa lui internă R reprezintă o pierdere. Tensiunea circuitul exterior, 17, este totdeauna mai mică decît f.e.m. a sursei, E, această diferenţă fiind egală cu valoarea acestei căderi interne de tensiune. Deci, putem scrie:

11. Legea lui Ohm pentru intregul circuit 2

Prin urmare, f.e.m. a sursei este suma căderii de tensiune pe R şi Ri adică E = U + U.

Tensiunea circuitului exterior, U, nu este altceva decît tensiunea de la bornele sau polii sursei, deoarece capetele circuitului exterior sînt conectate la polii sursei. Legînd la bornele unei surse un voltmetru, acesta va indica tocmai această tensiune (fig. 11 a) însă nu căderea tensiunii din interiorul generatorului. Aceasta nu poate fi măsurată în general cu voltmetrul.

După cum se vede, între noţiunile de f.e.m. şi tensiune, există o oarecare deosebire. F.e.m. acţionează în întregul circuit închis, iar tensiunea este diferenţa de potenţiale numai într-o porţiune oarecare a circuitului, de exemplu în porţiunea exterioară a acestuia. De aceea, tensiunea este totdeauna mai mică decît f.e.m., ea reprezentînd numai o parte din. f.e.m.

Dacă rezistenţa internă a sursei este mică, în acest caz şi căderea de tensiune în ea va fi mică putîndu-se considera cu aproximaţie că tensiunea la bornele sursei este egală cu f.e.m. a acesteia, U & E. Este posibil şi cazul, în care diferenţa de potenţiale de la polii sursei să fie egală cu f.e.m. Aceasta are loc cînd circuitul exterior este deschis. In acest caz, curentul va fi egal cu zero şi de aceea în interiorul sursei nu există cădere de tensiune (U. = 0). Aceasta însemnează că f.e.m. poate fi determinată ca o diferenţă de potenţiale la polii unei surse cu circuitul deschis. Pentru a măsura f.e.m. a unei surse de curent, trebuie conectat la polii acesteia un voltmetru, deconectînd circuitul exterior (fig. 11 b).

11. Legea lui Ohm pentru intregul circuit 4

Curentul din circuitul închis trebuie calculat prin împărţirea valorii f.e.m. la valoarea rezistenţei totale a circuitului, adică la suma rezistenţelor exterioară şi interioară şi anume:

11. Legea lui Ohm pentru intregul circuit 5

De obicei, această relaţie se numeşte legea lui Ohm pentru întregul circuit. Să examinăm următorul exemplu de aplicare a acestei legi. Avem o sursă de curent electric a cărei f.e.m. este E = 60 V, iar Ri = 100 ohhmi . La această sursă de curent este conectată o rezistenţă R = 500 ohmi. Trebuie să aflăm curentul din circuit, tensiunea la bornele sursei şi căderea de tensiune pe rezistenţa internă. A- ceastă problemă nu este greu de rezolvat. Rezistenţa totală a circuitului va fi : Rtot = Ri+R = 100+500 = 600 ohmi. Impărţind valoarea f.e.m. la valoarea rezistenţei totale a circuitului, vom obţine valoarea curentului, adică 0,1 A ; I = 60/600 = 0,1 A.

Aplicînd pentru rezistenţa exterioară legea lui Ohm, adică înmulţind curentul cu rezistenţa exterioară, vom afla că tensiunea la bornele sursei de curent este de 50 V, adică U = IxR = 0,1×500 = 50 V. De aci rezultă clar că, tensiunea consumată în interiorul sursei de curent este de 10 V. Această valoare mai poate fi aflată şi prin aplicarea legii lui Ohm pentru rezistenţa internă. înmulţind curentul cu R , vom obţine, de asemenea 10 V, adică Ui = IxRi = 0.1×100 = 10V

Este interesant să lămurim cum variază tensiunea U la bornele sursei, în cazul micşorării rezistenţei exterioare R, care de multe ori este denumită rezistenţa sarcinii. Continuînd cu acest exemplu, să presupunem că R s’a micşorat pînă la 200 ohmi. In acest caz, Rtot = 300 ohmi. Curentul va deveni egal cu 0,2A. Aplicînd din nou legea lui Ohm pentru rezistenţa exterioară, vom afla că U = 40 V, iar Ui = 20 V.

După cum se vede, micşorarea rezistenţei exterioare este însoţită de descreşterea tensiunii la bornele generatorului şi de creşterea tensiunii consumate în rezistenţa internă. înseamnă deci, că micşorarea rezistenţei exterioare nu este convenabilă. Cu cît rezistenţa exterioară este mai mică, cu atît tensiunea utilă la bornele sursei va fi mai mică şi cu atît pierderea de tensiune din interiorul sursei va fi mai mare.

Să presupunem că rezistenţa exterioară a fost micşorată pînă la zero, de exemplu polii sursei au fost uniţi printr-un conductor, care are o rezistenţă foarte mică. Acest caz poartă denumirea de scurtcircuitare (fig. 12 a). Curentul de scurtcircuit va fi cel mai mare curent, întrucît în circuit va rămîne numai rezistenţa internă, ea putînd fi aflată împărţind valoarea f.e.m la valoarea rezistenţei interne. Tensiunea utilă la bornele sursei va deveni egală cu zero, iar întreaga f.e.m. va acţiona asupra rezistenţei interne.

Scurtcircuitul este o funcţionare cu. totul inutilă a sursei. Rezistenţa de sarcină nu există şi întreaga e- nergie a sursei se pierde în rezistenţa internă. Regimul de scrutcircuit, nu numai că este fără niciun folos, dar este şi extrem de periculos pentru multe surse, deoarece în acest regim valoarea curentului poate depăşi limita admisibilă pentru sursa respectivă. Aceasta se referă în special, la surse cu R . mic, de exemplu la acumulatori, la care prin scurtcircuitare se obţine un curent foarte mare.

11. Legea lui Ohm pentru intregul circuit 6

Cazului de scurtcircuitare îi este opus cazul arătat mai sus, unde circuitul exterior este deschis, iar în circuit nu există curent, adică atunci cînd sursa (generatorul) lucrează în gol sau în regim de mers în gol (fig. 12 b). In acest regim, tensiunea la bornele generatorului este maximă şi egală cu f.e.m. Acest caz este cel mai convenabil în ceea ce priveşte obţinerea celei mai mari tensiuni utile.

Dacă rezistenţa exterioară este de cîteva ori mai mare decît rezistenţa interioară, tensiunea pierdută în interiorul generatorului este mică, iar tensiunea la bornele generatorului este aproape egală cu f.e.m. A- cest regim de sarcină a generatorului, este aproape totdeauna cel mai convenabil.

Pierderile de tensiune au loc nu numai în rezistenţa interioară, ci şi în conductorii de legătură. De multe ori această pierdere este neglijată în calcule, deoarece rezistenţa conductorilor de legătură este de- obicei, foarte mică. Dacă, însă, conductorii au o lungime mare, sau cînd curentul este mare, căderea de tensiune în conductori poate fi destul de mare, iar tensiunea utilă în rezistenţa de sarcină se va micşora. Ca exemplu poate servi micşorarea tensiunii în reţeaua electrică în orele de încărcare maximă, seara. In timpul zilei şi în timpul nopţii, cînd consumul de curent este relativ mic, căderea de tensiune din conductorii reţelei este mică şi de aceea tensiunea la care sînt supuse lămpile sau alimentarea receptorilor din reţea are o valoare normală, de exemplu, 127 v. Seara consumul de curent creşte foarte mult, căderea de tensiune din conductori se măreşte, iar tensiunea utilă din lămpi scade pînă la 100 sau 90 V, iar uneori Ia o valoare şi mai mică.


Articole din aceasi publicatie
Subscribe
Notify of
guest

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments
back to top