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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Leis básicas da corrente elétrica. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Eletricidade para iniciantes Lei de Ohm. Tensão e corrente são consideradas as características mais convenientes dos circuitos elétricos. Uma das principais características do uso da eletricidade é o rápido transporte de energia de um local para outro e sua transferência para o consumidor na forma desejada. O produto da diferença de potencial e a intensidade da corrente dá potência, ou seja, a quantidade de energia liberada no circuito por unidade de tempo. Como mencionado acima, para medir a potência em um circuito elétrico, seriam necessários 3 dispositivos. É possível fazer com um e calcular a potência a partir de suas leituras e de alguma característica do circuito, como sua resistência? Muitas pessoas gostaram dessa ideia, consideraram-na frutífera. Então, qual é a resistência de um fio ou circuito como um todo? Um fio, como canos de água ou canos em um sistema de vácuo, tem uma propriedade constante que pode ser chamada de resistência? Por exemplo, em tubulações, a razão entre a diferença de pressão criando vazão dividida pela vazão é geralmente uma característica constante da tubulação. Da mesma forma, o fluxo de calor em um fio está sujeito a uma relação simples, que inclui a diferença de temperatura, a área da seção transversal do fio e seu comprimento. A descoberta de tal relação para circuitos elétricos foi resultado de uma pesquisa bem-sucedida. Na década de 1820, o professor alemão Georg Ohm foi o primeiro a começar a procurar a proporção acima. Antes de tudo, ele aspirava à fama e fama, o que lhe permitiria lecionar na universidade. Essa foi a única razão pela qual ele escolheu um campo de estudo que oferecia vantagens particulares. Om era filho de serralheiro, por isso sabia desenhar fios metálicos de diversas espessuras, de que precisava para experimentos. Como naquela época era impossível comprar um fio adequado, Om o fez com as próprias mãos. Durante os experimentos, ele experimentou comprimentos diferentes, espessuras diferentes, metais diferentes e até temperaturas diferentes. Todos esses fatores ele variou por sua vez. Na época de Ohm, as baterias ainda eram fracas, gerando uma corrente de magnitude variável. Nesse sentido, o pesquisador utilizou um termopar como gerador, cuja junção quente foi colocada em uma chama. Além disso, ele usou um amperímetro magnético bruto e mediu as diferenças de potencial (Ohm as chamou de "tensões") alterando a temperatura ou o número de junções térmicas. A doutrina dos circuitos elétricos acaba de receber seu desenvolvimento. Após a invenção das baterias por volta de 1800, começou a se desenvolver muito mais rápido. Vários dispositivos foram projetados e fabricados (muitas vezes à mão), novas leis foram descobertas, conceitos e termos surgiram, etc. Tudo isso levou a uma compreensão mais profunda dos fenômenos e fatores elétricos. A atualização dos conhecimentos sobre eletricidade, por um lado, provocou o surgimento de um novo campo da física, por outro lado, foi a base para o rápido desenvolvimento da engenharia elétrica, ou seja, baterias, geradores, sistemas de alimentação para iluminação e acionamento elétrico , foram inventados fornos elétricos, motores elétricos, etc., outros. As descobertas de Ohm foram de grande importância tanto para o desenvolvimento da teoria da eletricidade quanto para o desenvolvimento da engenharia elétrica aplicada. Eles facilitaram a previsão das propriedades dos circuitos elétricos para corrente contínua e, posteriormente, para corrente alternada. Em 1826, Ohm publicou um livro no qual delineava as conclusões teóricas e os resultados experimentais. Mas suas esperanças não foram justificadas, o livro foi ridicularizado. Isso aconteceu porque o método de experimentação grosseira parecia pouco atraente em uma época em que muitas pessoas gostavam de filosofia. Omu não teve escolha a não ser deixar sua posição de professor. Ele não conseguiu uma nomeação na universidade pelo mesmo motivo. Por 6 anos, o cientista viveu na pobreza, sem confiança no futuro, experimentando um sentimento de amarga decepção. Mas gradualmente suas obras ganharam fama primeiro fora da Alemanha. Om era respeitado no exterior, suas pesquisas eram utilizadas. Nesse sentido, os compatriotas foram obrigados a reconhecê-lo em sua terra natal. Em 1849 ele recebeu uma cátedra na Universidade de Munique. Ohm descobriu uma lei simples que estabelece uma relação entre corrente e tensão para um pedaço de fio (para parte do circuito, para todo o circuito). Além disso, ele criou regras que permitem determinar o que mudará se você pegar um fio de tamanho diferente. A lei de Ohm é formulada da seguinte forma: a intensidade da corrente em uma seção do circuito é diretamente proporcional à tensão nesta seção e inversamente proporcional à resistência da seção. Lei de Joule-Lenz. A corrente elétrica em qualquer parte do circuito realiza um determinado trabalho. Por exemplo, vamos pegar alguma seção do circuito, entre as extremidades das quais existe uma tensão (U). Pela definição de tensão elétrica, o trabalho realizado ao mover uma unidade de carga entre dois pontos é igual a U. Se a intensidade da corrente em uma determinada seção do circuito for i, então a carga passará no tempo t e, portanto, o trabalho da corrente elétrica nesta seção será: A = Uit. Esta expressão é válida para corrente contínua em qualquer caso, para qualquer seção do circuito, que pode conter condutores, motores elétricos, etc. A potência atual, ou seja, trabalho por unidade de tempo, é igual a: P \uXNUMXd A / t \uXNUMXd Ui. Esta fórmula é usada no sistema SI para determinar a unidade de tensão. Vamos assumir que a seção do circuito é um condutor fixo. Nesse caso, todo o trabalho se transformará em calor, que será liberado neste condutor. Se o condutor for homogêneo e obedecer à lei de Ohm (isso inclui todos os metais e eletrólitos), então: você = ir, onde r é a resistência do condutor. Nesse caso: A = rt2t. Esta lei foi inicialmente derivada experimentalmente por E. Lenz e, independentemente dele, por Joule. Deve-se notar que o aquecimento de condutores encontra inúmeras aplicações na engenharia. As mais comuns e importantes entre elas são as lâmpadas de iluminação incandescente. Lei da indução eletromagnética. Na primeira metade do século XIX, o físico inglês M. Faraday descobriu o fenômeno da indução magnética. Este fato, tendo se tornado propriedade de muitos pesquisadores, deu um poderoso impulso ao desenvolvimento da engenharia elétrica e de rádio. No decorrer dos experimentos, Faraday descobriu que quando o número de linhas de indução magnética que penetram uma superfície limitada por um circuito fechado muda, uma corrente elétrica surge nela. Esta é a base talvez da lei mais importante da física - a lei da indução eletromagnética. A corrente que ocorre no circuito é chamada indutiva. Devido ao fato de que a corrente elétrica ocorre no circuito apenas no caso de forças externas atuando sobre cargas livres, então com um fluxo magnético variável passando pela superfície de um circuito fechado, essas mesmas forças externas aparecem nele. A ação de forças externas na física é chamada de força eletromotriz ou indução EMF. A indução eletromagnética também aparece em condutores abertos. No caso de o condutor cruzar as linhas do campo magnético, uma tensão aparece em suas extremidades. A razão para o aparecimento de tal tensão é a indução EMF. Se o fluxo magnético que passa pelo circuito fechado não muda, a corrente indutiva não aparece. Usando o conceito de “EMF de indução”, pode-se falar sobre a lei da indução eletromagnética, ou seja, a EMF de indução em um circuito fechado é igual em valor absoluto à taxa de variação do fluxo magnético através da superfície limitada pela laço. Regra de Lenz. Como já sabemos, uma corrente indutiva ocorre no condutor. Dependendo das condições de sua aparência, ela tem uma direção diferente. Nessa ocasião, o físico russo Lenz formulou a seguinte regra: a corrente de indução que ocorre em um circuito fechado sempre tem uma direção tal que o campo magnético que ela cria não permite que o fluxo magnético mude. Tudo isso causa o aparecimento de uma corrente de indução. A corrente de indução, como qualquer outra, tem energia. Isso significa que no caso de uma corrente de indução, a energia elétrica aparece. De acordo com a lei de conservação e transformação de energia, a energia acima mencionada só pode surgir devido à quantidade de energia de algum outro tipo de energia. Assim, a regra de Lenz corresponde plenamente à lei de conservação e transformação de energia. Além da indução, a chamada auto-indução pode aparecer na bobina. Sua essência é a seguinte. Se uma corrente aparecer na bobina ou sua força mudar, um campo magnético variável aparecerá. E se o fluxo magnético que passa pela bobina muda, então surge uma força eletromotriz nela, que é chamada de EMF de auto-indução. De acordo com a regra de Lenz, o EMF de auto-indução quando o circuito está fechado interfere na intensidade da corrente e não permite que ela aumente. Quando o circuito EMF é desligado, a auto-indução reduz a intensidade da corrente. No caso em que a intensidade da corrente na bobina atinge um determinado valor, o campo magnético para de mudar e a EMF de auto-indução torna-se zero. Autor: Smirnova L.N.
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