Ley de Ohm para un circuito completo

En ingeniería eléctrica existen términos: sección y circuito completo.

El sitio se llama:

• parte de un circuito eléctrico dentro de una fuente de corriente o voltaje;

• todo el circuito externo o interno de elementos eléctricos conectados a la fuente o parte de ella.

El término «circuito completo» se utiliza para referirse a un circuito con todos los circuitos ensamblados, incluidos:

• fuentes;

• usuarios;

• cables de conexión.

Tales definiciones ayudan a navegar mejor por los circuitos, comprender sus características, analizar el trabajo, buscar daños y mal funcionamiento. Están integrados en la ley de Ohm, que le permite resolver las mismas preguntas para optimizar los procesos eléctricos para las necesidades humanas.

La investigación fundamental de Georg Simon Ohm se aplica a prácticamente todos los sección del circuito o el esquema completo.

Cómo funciona la ley de Ohm para un circuito de CC completo

Por ejemplo, tomemos una celda galvánica, que popularmente se llama batería, con una diferencia de potencial U entre el ánodo y el cátodo. Conectamos una bombilla con un filamento a sus terminales, que tiene una resistencia resistiva simple R.

Una corriente I = U / R creada por el movimiento de electrones en el metal fluirá a través del filamento. El circuito formado por los cables de la batería, los cables de conexión y la bombilla se refiere a la parte externa del circuito.

La corriente también fluirá en la sección interna entre los electrodos de la batería. Sus portadores serán iones cargados positiva y negativamente. Los electrones serán atraídos por el cátodo y los iones positivos serán repelidos hacia el ánodo.

De esta manera, las cargas positivas y negativas se acumulan en el cátodo y el ánodo y se crea una diferencia de potencial entre ellos.

El movimiento completo de iones en el electrolito se ve obstaculizado. resistencia interna de la bateríamarcado con «r». Limita la salida de corriente al circuito externo y reduce su potencia a un valor determinado.

En el circuito completo del circuito, la corriente fluye a través de los circuitos interior y exterior, superando la resistencia total R + r de las dos secciones en serie. Su valor está influenciado por la fuerza aplicada a los electrodos, que se denomina electromotriz o EMF para abreviar y se denota con el índice «E».

Su valor se puede medir con un voltímetro en los terminales de la batería sin carga (sin circuito externo). Con una carga conectada en el mismo lugar, el voltímetro muestra el voltaje U. En otras palabras: sin carga en los terminales de la batería, U y E coinciden en magnitud, y cuando la corriente fluye por el circuito externo, U < E.

La fuerza E forma el movimiento de cargas eléctricas en un circuito completo y determina su valor I = E / (R + r).

Esta expresión matemática define la ley de Ohm para un circuito de CC completo. Su acción se ilustra con más detalle en el lado derecho de la imagen.Muestra que todo el circuito completo consta de dos circuitos de corriente separados.

También se puede observar que en el interior de la batería, incluso cuando la carga del circuito externo está apagada, las partículas cargadas se mueven (corriente de autodescarga) y por lo tanto se produce un consumo innecesario de metal en el cátodo. La energía de la batería, debido a la resistencia interna, se gasta calentándose y disipándose en el medio ambiente y, con el tiempo, simplemente desaparece.

La práctica muestra que la reducción de la resistencia interna r por métodos constructivos no está económicamente justificada debido al fuerte aumento de los costos del producto final y su autodescarga bastante alta.

conclusiones

Para mantener la eficiencia de la batería, debe usarse solo para el propósito previsto, conectando el circuito externo exclusivamente durante el período de operación.

Cuanto mayor sea la resistencia de la carga conectada, mayor será la duración de la batería. Por lo tanto, las lámparas de xenón con filamento incandescente con menor consumo de corriente que las llenas de nitrógeno con el mismo flujo luminoso aseguran una vida útil más larga de las fuentes de energía.

Al almacenar elementos galvánicos, el paso de corriente entre los contactos del circuito externo debe excluirse mediante un aislamiento confiable.

En el caso de que la resistencia R del circuito externo de la batería supere significativamente el valor interno r, se considera fuente de tensión, y cuando se cumple la relación inversa, es fuente de corriente.

Cómo se usa la ley de Ohm para un circuito de CA completo

Los sistemas eléctricos de CA son los más comunes en la industria eléctrica.En esta industria, alcanzan enormes distancias transportando electricidad a través de líneas eléctricas.

A medida que aumenta la longitud de la línea de transmisión, aumenta su resistencia eléctrica, lo que crea un calentamiento de los cables y aumenta la pérdida de energía para la transmisión.

El conocimiento de la ley de Ohm ayudó a los ingenieros eléctricos a reducir los costos innecesarios del transporte de electricidad. Para ello, utilizaron el cálculo de la componente de la pérdida de potencia en los cables.

El cálculo se basa en el valor de la potencia activa producida P = E ∙ I, que debe transferirse cualitativamente a los consumidores remotos y superar la resistencia total:

• r interna en el generador;

• R exterior de los cables.

La magnitud de la FEM en los terminales del generador se determina como E = I ∙ (r + R).

La pérdida de potencia Pp para vencer la resistencia del circuito completo se expresará mediante la fórmula que se muestra en la figura.

Se puede ver que el consumo de energía aumenta en proporción a la longitud/resistencia de los cables y es posible reducirlos durante el transporte de energía aumentando la FEM del generador o el voltaje de la línea. Este método se utiliza al incluir transformadores elevadores en el circuito en el extremo del generador de la línea eléctrica y transformadores reductores en el punto de recepción de las subestaciones eléctricas.

Sin embargo, este método es limitado:

• la complejidad de los dispositivos técnicos para contrarrestar la ocurrencia de descargas coronarias;

• la necesidad de distanciar y aislar las líneas eléctricas de la superficie terrestre;

• aumento de la energía de la radiación de la línea de aire en el espacio (aparición del efecto antena).

Características del funcionamiento de la ley de Ohm en circuitos de corriente alterna sinusoidal

Los usuarios modernos de energía eléctrica trifásica / monofásica industrial de alto voltaje y doméstica crean no solo cargas activas, sino también reactivas con características inductivas o capacitivas pronunciadas. Conducen a un cambio de fase entre los vectores de los voltajes aplicados y las corrientes que fluyen en el circuito.

En este caso, para la notación matemática de las fluctuaciones temporales de los armónicos, utilice forma complejay los gráficos vectoriales se utilizan para la representación espacial. La corriente transmitida a través de la línea eléctrica se registra mediante la fórmula: I = U / Z.

La notación matemática de los principales componentes de la ley de Ohm con números complejos permite programar los algoritmos de los dispositivos electrónicos utilizados para controlar y gestionar procesos tecnológicos complejos que ocurren constantemente en el sistema eléctrico.

Junto con los números complejos, se utiliza la forma diferencial de escribir todas las proporciones. Es conveniente para analizar las propiedades conductoras de los materiales.

Algunos factores técnicos pueden violar la ley de Ohm para un circuito completo. Incluyen:

• altas frecuencias vibratorias cuando el impulso de los portadores de carga comienza a influir. No tienen tiempo para moverse al ritmo de los cambios en el campo electromagnético;

• estados de superconductividad de cierta clase de sustancias a bajas temperaturas;

• aumento del calentamiento de los cables de corriente por la corriente eléctrica. cuando la característica corriente-tensión pierde su carácter lineal;

• destrucción de la capa de aislamiento por descarga de alto voltaje;

• medio de gas o tubos de electrones de vacío;

• dispositivos y elementos semiconductores.