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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Grundgesetze des elektrischen Stroms. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Strom für Anfänger Ohmsches Gesetz. Spannung und Strom gelten als die bequemsten Eigenschaften elektrischer Schaltkreise. Eines der Hauptmerkmale der Stromnutzung ist der schnelle Transport der Energie von einem Ort zum anderen und ihre Übertragung an den Verbraucher in der gewünschten Form. Das Produkt aus Potentialdifferenz und Stromstärke ergibt die Leistung, also die pro Zeiteinheit im Stromkreis abgegebene Energiemenge. Wie oben erwähnt, wären zur Messung der Leistung in einem Stromkreis drei Geräte erforderlich. Ist es möglich, mit einem zu arbeiten und die Leistung aus seinen Messwerten und einigen Eigenschaften des Stromkreises, wie beispielsweise seinem Widerstand, zu berechnen? Vielen Menschen gefiel diese Idee, sie hielten sie für fruchtbar. Wie groß ist also der Widerstand eines Drahtes oder eines Stromkreises als Ganzes? Hat ein Draht, wie Wasserrohre oder Rohre in einem Vakuumsystem, eine konstante Eigenschaft, die man Widerstand nennen könnte? Beispielsweise ist in Rohren das Verhältnis der Druckdifferenz, die den Durchfluss erzeugt, geteilt durch die Durchflussrate normalerweise eine konstante Eigenschaft des Rohrs. Ebenso unterliegt der Wärmefluss in einem Draht einem einfachen Zusammenhang, der die Temperaturdifferenz, die Querschnittsfläche des Drahtes und seine Länge umfasst. Die Entdeckung eines solchen Zusammenhangs für elektrische Schaltkreise war das Ergebnis einer erfolgreichen Suche. In den 1820er Jahren begann der deutsche Lehrer Georg Ohm als erster mit der Suche nach dem oben genannten Verhältnis. Zunächst strebte er nach Ruhm und Ehre, die ihm eine Lehrtätigkeit an der Universität ermöglichen würden. Nur deshalb entschied er sich für ein Studienfach, das ihm besondere Vorteile bot. Om war der Sohn eines Schlossers und wusste daher, wie man Metalldraht unterschiedlicher Stärke zieht, den er für Experimente benötigte. Da es damals unmöglich war, einen geeigneten Draht zu kaufen, fertigte Om ihn selbst an. Bei den Experimenten probierte er verschiedene Längen, verschiedene Dicken, verschiedene Metalle und sogar verschiedene Temperaturen aus. All diese Faktoren variierte er wiederum. Zu Ohms Zeiten waren Batterien noch schwach und lieferten einen Strom unterschiedlicher Stärke. Als Generator nutzte der Forscher dabei ein Thermoelement, dessen heiße Verbindung in eine Flamme gelegt wurde. Darüber hinaus verwendete er ein einfaches magnetisches Amperemeter und maß Potentialunterschiede (Ohm nannte sie „Spannungen“), indem er die Temperatur oder die Anzahl der thermischen Verbindungen änderte. Die Lehre von den elektrischen Schaltkreisen hat gerade ihre Entwicklung erfahren. Nach der Erfindung der Batterien um 1800 begann die Entwicklung deutlich schneller. Verschiedene Geräte wurden entworfen und hergestellt (häufig von Hand), neue Gesetze wurden entdeckt, Konzepte und Begriffe erschienen usw. All dies führte zu einem tieferen Verständnis elektrischer Phänomene und Faktoren. Die Aktualisierung des Wissens über Elektrizität führte einerseits zur Entstehung eines neuen Gebiets der Physik, andererseits war sie die Grundlage für die rasante Entwicklung der Elektrotechnik, also von Batterien, Generatoren, Stromversorgungssystemen für Beleuchtung und Elektroantrieb , Elektroöfen, Elektromotoren usw. wurden erfunden, andere. Ohms Entdeckungen waren sowohl für die Entwicklung der Elektrizitätstheorie als auch für die Entwicklung der angewandten Elektrotechnik von großer Bedeutung. Sie machten es einfach, die Eigenschaften von Stromkreisen für Gleichstrom und später für Wechselstrom vorherzusagen. Im Jahr 1826 veröffentlichte Ohm ein Buch, in dem er die theoretischen Schlussfolgerungen und experimentellen Ergebnisse darlegte. Doch seine Hoffnungen erfüllten sich nicht, das Buch stieß auf Spott. Dies geschah, weil die Methode des groben Experimentierens in einer Zeit, in der viele Menschen sich für Philosophie interessierten, wenig attraktiv schien. Omu hatte keine andere Wahl, als seine Position als Lehrer aufzugeben. Aus demselben Grund gelang es ihm nicht, einen Ruf an die Universität zu bekommen. Sechs Jahre lang lebte der Wissenschaftler in Armut, ohne Vertrauen in die Zukunft und erlebte ein Gefühl bitterer Enttäuschung. Doch nach und nach erlangten seine Werke zunächst außerhalb Deutschlands Bekanntheit. Om wurde im Ausland respektiert, seine Forschungen wurden genutzt. In dieser Hinsicht waren Landsleute gezwungen, ihn in ihrer Heimat anzuerkennen. 1849 erhielt er eine Professur an der Universität München. Ohm entdeckte ein einfaches Gesetz, das einen Zusammenhang zwischen Strom und Spannung für ein Stück Draht (für einen Teil des Stromkreises, für den gesamten Stromkreis) herstellt. Darüber hinaus hat er Regeln aufgestellt, mit denen Sie bestimmen können, was sich ändert, wenn Sie einen Draht mit einer anderen Größe nehmen. Das Ohmsche Gesetz ist wie folgt formuliert: Die Stromstärke in einem Abschnitt des Stromkreises ist direkt proportional zur Spannung in diesem Abschnitt und umgekehrt proportional zum Widerstand des Abschnitts. Joule-Lenz-Gesetz. Elektrischer Strom verrichtet in jedem Teil des Stromkreises eine bestimmte Arbeit. Nehmen wir zum Beispiel einen Abschnitt des Stromkreises, zwischen dessen Enden eine Spannung (U) anliegt. Nach der Definition der elektrischen Spannung ist die Arbeit, die beim Bewegen einer Ladungseinheit zwischen zwei Punkten verrichtet wird, gleich U. Wenn die Stromstärke in einem bestimmten Abschnitt des Stromkreises i ist, dann wird die Ladung in der Zeit t weitergegeben, und daher Die Arbeit des elektrischen Stroms in diesem Abschnitt ist: A = Uit. Dieser Ausdruck gilt in jedem Fall für Gleichstrom, für jeden Abschnitt des Stromkreises, der Leiter, Elektromotoren usw. enthalten kann. Die aktuelle Leistung, d. h. Arbeit pro Zeiteinheit, ist gleich: P \uXNUMXd A / t \uXNUMXd Ui. Diese Formel wird im SI-System verwendet, um die Einheit der Spannung zu bestimmen. Nehmen wir an, dass der Stromkreisabschnitt ein fester Leiter ist. In diesem Fall wird die gesamte Arbeit in Wärme umgewandelt, die in diesem Leiter freigesetzt wird. Wenn der Leiter homogen ist und dem Ohmschen Gesetz folgt (dies umfasst alle Metalle und Elektrolyte), dann: U = ir, wobei r der Widerstand des Leiters ist. In diesem Fall: A = rt2t. Dieses Gesetz wurde zuerst von E. Lenz und unabhängig von ihm von Joule empirisch hergeleitet. Es ist zu beachten, dass die Erwärmung von Leitern in der Technik zahlreiche Anwendungen findet. Die gebräuchlichsten und wichtigsten davon sind Glühlampen. Gesetz der elektromagnetischen Induktion. In der ersten Hälfte des XNUMX. Jahrhunderts entdeckte der englische Physiker M. Faraday das Phänomen der magnetischen Induktion. Diese Tatsache, die zum Eigentum vieler Forscher geworden war, gab der Entwicklung der Elektro- und Funktechnik einen starken Impuls. Im Rahmen von Experimenten fand Faraday heraus, dass ein elektrischer Strom darin entsteht, wenn sich die Anzahl der magnetischen Induktionslinien ändert, die eine von einer geschlossenen Schleife begrenzte Oberfläche durchdringen. Dies ist die Grundlage des vielleicht wichtigsten Gesetzes der Physik – des Gesetzes der elektromagnetischen Induktion. Der im Stromkreis auftretende Strom wird als induktiv bezeichnet. Aufgrund der Tatsache, dass der elektrische Strom im Stromkreis nur dann auftritt, wenn äußere Kräfte auf freie Ladungen einwirken, treten bei einem sich ändernden magnetischen Fluss, der über die Oberfläche eines geschlossenen Stromkreises fließt, dieselben äußeren Kräfte darin auf. Die Wirkung äußerer Kräfte wird in der Physik als elektromotorische Kraft oder Induktions-EMF bezeichnet. Elektromagnetische Induktion tritt auch in offenen Leitern auf. Wenn der Leiter die magnetischen Feldlinien kreuzt, entsteht an seinen Enden eine Spannung. Der Grund für das Auftreten einer solchen Spannung ist die Induktions-EMF. Wenn sich der magnetische Fluss, der durch den geschlossenen Stromkreis fließt, nicht ändert, tritt kein induktiver Strom auf. Unter Verwendung des Konzepts der „EMF der Induktion“ kann man über das Gesetz der elektromagnetischen Induktion sprechen, d Schleife. Lenzsche Regel. Wie wir bereits wissen, entsteht im Leiter ein induktiver Strom. Abhängig von den Bedingungen seines Auftretens hat es eine andere Richtung. Aus diesem Anlass formulierte der russische Physiker Lenz die folgende Regel: Der in einem geschlossenen Stromkreis auftretende Induktionsstrom hat immer eine solche Richtung, dass das von ihm erzeugte Magnetfeld keine Änderung des Magnetflusses zulässt. All dies führt zum Auftreten eines Induktionsstroms. Induktionsstrom hat wie jeder andere Energie. Das bedeutet, dass bei einem Induktionsstrom elektrische Energie entsteht. Nach dem Gesetz der Energieerhaltung und -umwandlung kann die oben genannte Energie nur aufgrund der Energiemenge einer anderen Energieart entstehen. Somit entspricht die Lenzsche Regel vollständig dem Gesetz der Energieerhaltung und -umwandlung. Zusätzlich zur Induktion kann in der Spule die sogenannte Selbstinduktion auftreten. Sein Wesen ist wie folgt. Wenn in der Spule ein Strom auftritt oder sich seine Stärke ändert, entsteht ein sich änderndes Magnetfeld. Und wenn sich der durch die Spule fließende Magnetfluss ändert, entsteht darin eine elektromotorische Kraft, die als EMF der Selbstinduktion bezeichnet wird. Nach der Lenzschen Regel stört die EMF der Selbstinduktion bei geschlossenem Stromkreis die Stromstärke und lässt sie nicht ansteigen. Wenn der EMF-Kreis ausgeschaltet ist, verringert die Selbstinduktion die Stromstärke. Wenn die Stromstärke in der Spule einen bestimmten Wert erreicht, ändert sich das Magnetfeld nicht mehr und die Selbstinduktions-EMF wird Null. Autor: Smirnova L.N.
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