Закон Ома для ділянки кола.
Основні електроенергетичні співвідношення для ділянки кола встановлені законами Ома і Джоуля–Ленца.
Згідно закону Ома, струм І на ділянці кола пропорційний напрузі U на цій ділянці: I = Ug.
Коефіцієнт пропорційності g називається електричною провідністю.
Величина, зворотна провідності R = 1/g, кількісно визначає значення опору ділянки кола. Опір вимірюється в омах – «Ом», а провідність в сименсах – «Сим» або «1/Ом».
З
закону Ома випливають формули:
.
Напруга на клемах джерела.
В електричному колі кожний елемент – і джерело, і провід, і приймачі мають певний електричний опір.
Зобразимо схему найпростішого електричного кола з врахуванням опорів всіх його елементів.
Через всі послідовно з’єднані елементи кола протікає один і той же струм І. Величина цього струму прямо пропорційна електрорушійній силі джерела і зворотно пропорційна загальному опору кола
,
де
R дж – опір джерела;
R
п
– опір проводів;
R н – опір навантаження (приймача);
R зовн = R п + R н – загальний опір зовнішнього кола.
Ця формула є виразом закону Ома для замкнутого електричного кола. Її можна записати в іншому вигляді:
E = IR дж + IR п + IR н = IR дж + IR зовн.
Частина електрорушійної сили, що витрачається на здолання внутрішнього опору джерела називається падінням (втратою) напруги в джерелі U дж = IR дж.
Друга частина ЕРС витрачається на здолання опору зовнішнього кола і називається напругою на клемах джерела (генератора) U дж = E – IR дж = E – U дж.
При зменшенні зовнішнього опору R зовн струм І в колі збільшується, падіння напруги в джерелі збільшується і тому напруга на клемах джерела зменшується.
Залежність U дж (І) називається зовнішньою характеристикою джерела.
Вигляд зовнішньої характеристики джерела:
Як правило R дж << R зовн і, тому допустимо вважати U дж Е.
Якщо джерело з’єднане з навантаженням лінією передачі (проводами), то при проходженні струму в ній втрачається частина напруги U п = IR п. Тому напруга U н на клемах навантаження менша за напругу на клемах джерела на величину U п
U н = U дж – U п = Е – І (R дж + R п).
Лінії електропередачі, як правило, виконують мідними алюмінієвими і рідше сталевими проводами.
Опір
металевого провідника залежить від
його довжини l,
площі поперечного перетину S
і електропровідних можливостей металу
–
,
де
l – довжина провідника [м];
S – площа поперечного перетину [мм2]
– питомий
опір [
].
Наприклад:
міді
= 0,0175
;
алюмінію
= 0,029
;
сталі
= 0,13 – 0,25
.
Величина
зворотна питомому опору
= 1/
– питома провідність [(
)–1].
Опір металевого провідника залежить також від температури. При підвищені температури опір збільшується. Приблизно ця залежність визначається формулою
R 2 = R 1 [1 + (2 – 1)], де
R 1 і R 2 – опір відповідно при температурах 1С і 2С;
– температурний коефіцієнт для інтервалу 0 100.
Наприклад: міді = 0,004 град–1;
алюмінію = 0,004 град–1;
сталі = 0,006 град–1.
На практиці площу перетину проводів вибирають так, щоб втрати напруги в них не перевищували 5 – 10% від напруги джерела.