完全な回路のオームの法則

電気工学にはセクションと全回路という用語があります。

サイトの名前は次のとおりです。

• 電流源または電圧源内の電気回路の一部。

• 電源またはその一部に接続された電気要素の外部回路または内部回路全体。

「完全回路」という用語は、以下を含むすべての回路が組み立てられた回路を指すのに使用されます。

• 情報源。

• ユーザー。

• 接続ワイヤー。

このような定義は、回路をより適切にナビゲートし、その特性を理解し、作業を分析し、損傷や誤動作を検索するのに役立ちます。これらはオームの法則に組み込まれており、同じ問題を解決して人間のニーズに合わせて電気プロセスを最適化することができます。

ゲオルグ・サイモン・オームの基礎研究は、事実上あらゆるものに適用されます。 回路のセクション または完全な回路図。

完全な DC 回路に対するオームの法則の仕組み

たとえば、アノードとカソードの間に電位差 U がある、一般にバッテリーと呼ばれるガルバニ電池を考えてみましょう。単純な抵抗 R を持つフィラメントを備えた電球をその端子に接続します。

金属内の電子の移動によって生成される電流 I = U / R がフィラメントを流れます。バッテリーワイヤー、接続ワイヤー、電球によって形成される回路は、回路の外部部分を指します。

電流はバッテリーの電極間の内部にも流れます。そのキャリアは、正および負に帯電したイオンになります。電子は陰極に引き寄せられ、陽イオンは陰極から陽極に反発します。

このようにして、正と負の電荷が陰極と陽極に蓄積され、それらの間に電位差が生じます。

電解質中のイオンの完全な移動が妨げられる バッテリーの内部抵抗「r」マークが付いています。外部回路への電流出力を制限し、その電力を特定の値まで低減します。

回路の完全な回路では、電流は内部回路と外部回路を流れ、直列の 2 つのセクションの合計抵抗 R + r を克服します。その値は、電極に加えられる力の影響を受けます。これは起電力または略して EMF と呼ばれ、指数 «E» で示されます。

その値は、無負荷 (外部回路なし) でバッテリーの端子にある電圧計を使用して測定できます。同じ場所に負荷が接続されている場合、電圧計は電圧 U を示します。つまり、バッテリー端子に負荷がかかっていない状態では、U と E の大きさは一致し、電流が外部回路を流れるときは U < E となります。

力 E は完全な回路内で電荷の移動を形成し、その値 I = E / (R + r) を決定します。

この数式は、完全な DC 回路のオームの法則を定義します。その動作は、図の右側に詳しく示されています。これは、完全な回路全体が 2 つの別個の電流回路で構成されていることを示しています。

また、電池内部では、外部回路の負荷がオフになっている場合でも荷電粒子が移動し（自己放電電流）、そのため陰極で不要な金属の消費が発生していることがわかります。内部抵抗により、バッテリーのエネルギーは加熱と環境への放散に費やされ、時間が経つと消えてしまいます。

実際には、最終製品のコストが急激に上昇し、自己放電がかなり高いため、建設的な方法で内部抵抗 r を低減することは経済的に正当化されないことがわかっています。

結論

バッテリーの効率を維持するには、バッテリーを本来の目的のみに使用し、動作期間中のみ外部回路に接続してください。

接続された負荷の抵抗が大きいほど、バッテリーの寿命は長くなります。したがって、同じ光束の窒素充填ランプよりも消費電流が低い白熱フィラメントを備えたキセノンランプの方が、エネルギー源の耐用年数が長くなります。

ガルバニ素子を保管する場合、信頼性の高い絶縁によって外部回路の接点間の電流の通過を排除する必要があります。

バッテリーの外部回路抵抗 R が内部値 r を大幅に超える場合、バッテリーは電圧源とみなされ、逆の関係が満たされる場合、電流源と見なされます。

オームの法則が完全な AC 回路にどのように使用されるか

AC 電気システムは電気業界で最も一般的です。この業界では、送電線を介して電気を輸送することで、非常に長い距離に達します。

伝送線の長さが増加すると、その電気抵抗が増加し、ワイヤの加熱が発生し、伝送のためのエネルギーの損失が増加します。

オームの法則の知識は、電力エンジニアが電力輸送にかかる不必要なコストを削減するのに役立ちました。これを行うために、彼らはワイヤ内の電力損失の成分の計算を使用しました。

計算は、生成された有効電力 P = E ∙ I の値に基づいており、これは定性的に遠隔の消費者に転送され、総抵抗を克服する必要があります。

• ジェネレータの内部r。

• ワイヤーの外側のR。

発電機の端子における EMF の大きさは、E = I ∙ (r + R) として決定されます。

回路全体の抵抗に打ち勝つ電力損失Ppは図の式で表されます。

このことから、電力消費はワイヤの長さ/抵抗に比例して増加し、発電機の起電力または線間電圧を増加させることで電力輸送中に消費電力を削減できることがわかります。この方法は、送電線の発電機端の回路に昇圧変圧器を組み込み、変電所の受電点に降圧変圧器を含めることによって使用されます。

ただし、この方法には次のような制限があります。

• 冠状放電の発生を阻止するための技術的装置の複雑さ。

• 電力線を地表から遠ざけ、隔離する必要性。

• 宇宙空間における航空線放射のエネルギーの増加（アンテナ効果の出現）。

正弦波交流回路におけるオームの法則動作の特徴

産業用高電圧および家庭用三相/単相電力の現代のユーザーは、顕著な誘導性または容量性特性を備えた有効負荷だけでなく、無効負荷も作成します。これらは、印加電圧のベクトルと回路内を流れる電流との間に位相シフトをもたらします。

この場合、高調波の時間変動の数学的表記には、次を使用します。 複雑な形空間表現にはベクトルグラフィックスが使用されます。電力線を通って伝送される電流は、次の式で記録されます: I = U / Z。

オームの法則の主成分を複素数で数学的に表記することにより、電力システム内で常に発生する複雑な技術プロセスを制御および管理するために使用される電子デバイスのアルゴリズムをプログラミングすることができます。

複素数とともに、すべての比率を記述する微分形式が使用されます。材料の導電特性を分析するのに便利です。

一部の技術的要因は、回路全体のオームの法則に違反する可能性があります。それらには次のものが含まれます。

• 電荷キャリアの運動量が影響し始めるときの高い振動周波数。彼らには電磁場の変化のペースに合わせて動く時間がありません。

• 低温における特定の種類の物質の超伝導状態。

• 電流による電線の加熱が増加します。電流電圧特性が直線性を失ったとき。

• 高電圧放電による絶縁層の破壊。

• ガスまたは真空電子管の媒体。

• 半導体デバイスおよび素子。