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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Lois fondamentales du courant électrique. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / L'électricité pour les débutants La loi d'Ohm. La tension et le courant sont considérés comme les caractéristiques les plus pratiques des circuits électriques. L'une des principales caractéristiques de l'utilisation de l'électricité est le transport rapide de l'énergie d'un endroit à un autre et son transfert au consommateur sous la forme souhaitée. Le produit de la différence de potentiel et de l'intensité du courant donne la puissance, c'est-à-dire la quantité d'énergie dégagée dans le circuit par unité de temps. Comme mentionné plus haut, pour mesurer la puissance dans un circuit électrique, il faudrait 3 appareils. Est-il possible d'en faire un et de calculer la puissance à partir de ses lectures et de certaines caractéristiques du circuit, telles que sa résistance? Beaucoup de gens ont aimé cette idée, ils l'ont considérée comme fructueuse. Alors, quelle est la résistance d'un fil ou d'un circuit dans son ensemble ? Un fil, comme les conduites d'eau ou les tuyaux d'un système de vide, a-t-il une propriété constante que l'on pourrait appeler résistance ? Par exemple, dans les conduites, le rapport de la différence de pression créant le débit divisé par le débit est généralement une caractéristique constante de la conduite. De la même manière, le flux de chaleur dans un fil est soumis à une relation simple, qui comprend la différence de température, la section transversale du fil et sa longueur. La découverte d'une telle relation pour les circuits électriques a été le résultat d'une recherche réussie. Dans les années 1820, l'instituteur allemand Georg Ohm a été le premier à chercher le rapport ci-dessus. Tout d'abord, il aspirait à la renommée et à la renommée, ce qui lui permettrait d'enseigner à l'université. C'est la seule raison pour laquelle il a choisi un domaine d'études qui offrait des avantages particuliers. Om était le fils d'un serrurier, il savait donc tirer des fils métalliques de différentes épaisseurs, dont il avait besoin pour des expériences. Puisqu'à cette époque, il était impossible d'acheter un fil approprié, Om l'a fabriqué de ses propres mains. Au cours des expériences, il a essayé différentes longueurs, différentes épaisseurs, différents métaux et même différentes températures. Tous ces facteurs, il les variait tour à tour. A l'époque d'Ohm, les batteries étaient encore faibles, donnant un courant d'amplitude variable. À cet égard, le chercheur a utilisé un thermocouple comme générateur, dont la jonction chaude était placée dans une flamme. De plus, il a utilisé un ampèremètre magnétique rudimentaire et a mesuré les différences de potentiel (Ohm les appelait « tensions ») en modifiant la température ou le nombre de jonctions thermiques. La doctrine des circuits électriques vient de recevoir son développement. Après l'invention des batteries vers 1800, il a commencé à se développer beaucoup plus rapidement. Divers appareils ont été conçus et fabriqués (souvent à la main), de nouvelles lois ont été découvertes, des concepts et des termes sont apparus, etc. Tout cela a conduit à une compréhension plus approfondie des phénomènes et facteurs électriques. La mise à jour des connaissances sur l'électricité, d'une part, a provoqué l'émergence d'un nouveau domaine de la physique, d'autre part, a été à la base du développement rapide de l'électrotechnique, c'est-à-dire des batteries, des générateurs, des systèmes d'alimentation pour l'éclairage et l'entraînement électrique , des fours électriques, des moteurs électriques, etc. ont été inventés , d'autres. Les découvertes d'Ohm ont été d'une grande importance à la fois pour le développement de la théorie de l'électricité et pour le développement de l'ingénierie électrique appliquée. Ils ont facilité la prédiction des propriétés des circuits électriques pour le courant continu, et plus tard pour le courant alternatif. En 1826, Ohm publie un livre dans lequel il expose les conclusions théoriques et les résultats expérimentaux. Mais ses espoirs n'étaient pas justifiés, le livre a été ridiculisé. Cela s'est produit parce que la méthode d'expérimentation grossière semblait peu attrayante à une époque où beaucoup de gens étaient friands de philosophie. Omu n'a eu d'autre choix que de quitter son poste d'enseignant. Il n'a pas obtenu de nomination à l'université pour la même raison. Pendant 6 ans, le scientifique a vécu dans la pauvreté, sans confiance en l'avenir, éprouvant un sentiment d'amère déception. Mais peu à peu, ses œuvres ont d'abord acquis une renommée en dehors de l'Allemagne. Om était respecté à l'étranger, ses recherches étaient utilisées. À cet égard, les compatriotes ont été contraints de le reconnaître dans leur patrie. En 1849, il obtient un poste de professeur à l'Université de Munich. Ohm a découvert une loi simple qui établit une relation entre l'intensité du courant et la tension pour un morceau de fil (pour une partie du circuit, pour l'ensemble du circuit). De plus, il a établi des règles qui vous permettent de déterminer ce qui changera si vous prenez un fil d'une taille différente. La loi d'Ohm est formulée comme suit : l'intensité du courant dans une section du circuit est directement proportionnelle à la tension dans cette section et inversement proportionnelle à la résistance de la section. Loi Joule-Lenz. Le courant électrique dans n'importe quelle partie du circuit effectue un certain travail. Par exemple, prenons une section du circuit, entre les extrémités de laquelle il y a une tension (U). Selon la définition de la tension électrique, le travail effectué lors du déplacement d'une unité de charge entre deux points est égal à U. Si l'intensité du courant dans une section donnée du circuit est i, alors la charge qu'elle passera dans le temps t, et donc le travail du courant électrique dans cette section sera : A = Unité. Cette expression est valable pour le courant continu dans tous les cas, pour toute section du circuit pouvant contenir des conducteurs, des moteurs électriques, etc. La puissance actuelle, c'est-à-dire le travail par unité de temps, est égale à : P \uXNUMXd A / t \uXNUMXd Ui. Cette formule est utilisée dans le système SI pour déterminer l'unité de tension. Supposons que la section du circuit soit un conducteur fixe. Dans ce cas, tout le travail se transformera en chaleur, qui sera libérée dans ce conducteur. Si le conducteur est homogène et obéit à la loi d'Ohm (ceci inclut tous les métaux et électrolytes), alors : U = ir, où r est la résistance du conducteur. Dans ce cas: A = rt2t. Cette loi a d'abord été dérivée empiriquement par E. Lenz et, indépendamment de lui, par Joule. Il est à noter que le chauffage des conducteurs trouve de nombreuses applications en ingénierie. Les plus courantes et les plus importantes d'entre elles sont les lampes à incandescence. Loi de l'induction électromagnétique. Dans la première moitié du XIXe siècle, le physicien anglais M. Faraday découvre le phénomène d'induction magnétique. Ce fait, devenu la propriété de nombreux chercheurs, a donné une impulsion puissante au développement de l'ingénierie électrique et radio. Au cours d'expériences, Faraday a découvert que lorsque le nombre de lignes d'induction magnétique pénétrant une surface délimitée par une boucle fermée change, un courant électrique y apparaît. C'est peut-être la base de la loi la plus importante de la physique - la loi de l'induction électromagnétique. Le courant qui se produit dans le circuit est appelé inductif. Du fait que le courant électrique ne se produit dans le circuit que dans le cas de forces externes agissant sur des charges libres, puis avec un flux magnétique changeant passant sur la surface d'un circuit fermé, ces mêmes forces externes y apparaissent. L'action des forces externes en physique est appelée force électromotrice ou induction EMF. L'induction électromagnétique apparaît également dans les conducteurs ouverts. Dans le cas où le conducteur croise les lignes de champ magnétique, une tension apparaît à ses extrémités. La raison de l'apparition d'une telle tension est l'induction EMF. Si le flux magnétique traversant le circuit fermé ne change pas, le courant inductif n'apparaît pas. En utilisant le concept de "FEM d'induction", on peut parler de la loi de l'induction électromagnétique, c'est-à-dire que la FEM d'induction dans une boucle fermée est égale en valeur absolue au taux de variation du flux magnétique à travers la surface délimitée par le boucle. La règle de Lenz. Comme nous le savons déjà, un courant inductif se produit dans le conducteur. Selon les conditions de son apparition, il a une direction différente. A cette occasion, le physicien russe Lenz a formulé la règle suivante : le courant d'induction qui se produit dans un circuit fermé a toujours une direction telle que le champ magnétique qu'il crée ne permet pas au flux magnétique de changer. Tout cela provoque l'apparition d'un courant d'induction. Le courant d'induction, comme tout autre, a de l'énergie. Cela signifie qu'en cas de courant d'induction, de l'énergie électrique apparaît. Selon la loi de conservation et de transformation de l'énergie, l'énergie susmentionnée ne peut survenir qu'en raison de la quantité d'énergie d'un autre type d'énergie. Ainsi, la règle de Lenz correspond pleinement à la loi de conservation et de transformation de l'énergie. En plus de l'induction, la soi-disant auto-induction peut apparaître dans la bobine. Son essence est la suivante. Si un courant apparaît dans la bobine ou si sa force change, alors un champ magnétique changeant apparaît. Et si le flux magnétique traversant la bobine change, une force électromotrice y apparaît, appelée EMF d'auto-induction. Selon la règle de Lenz, la FEM d'auto-induction lorsque le circuit est fermé interfère avec l'intensité du courant et ne lui permet pas d'augmenter. Lorsque le circuit EMF est désactivé, l'auto-induction réduit l'intensité du courant. Dans le cas où l'intensité du courant dans la bobine atteint une certaine valeur, le champ magnétique cesse de changer et la FEM d'auto-induction devient nulle. Auteur : Smirnova L.N.
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