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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Cela a compliqué la loi d'Ohm. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Radioamateur débutant Il ne fait aucun doute que tout le monde connaît la loi d'Ohm pour la section du circuit illustrée à la Fig. 3a : U = IR, où U est la chute de tension aux bornes de la section ; I - courant dans le circuit; R est la résistance de cette section du circuit. Il est dommage de se tromper dans la loi d'Ohm, mais si vous n'avez pas encore mémorisé cette formule, utilisez la fig. 3b. Il suffit de fermer la valeur souhaitée avec votre doigt pour obtenir une réponse sur quoi multiplier ou diviser par. Il est recommandé d'utiliser le système d'unités SI, où la tension est exprimée en volts, la résistance en ohms et le courant en ampères. Cependant, lors du calcul des circuits radio, il peut être pratique de prendre le courant en milliampères et la résistance en kiloohms - alors les facteurs 10-3 et 103 diminueront et la tension sera toujours en volts.
Exprimons le courant I = U/R. La dépendance du courant à la tension est directement proportionnelle, sur le graphique l (U) elle est affichée sous forme de ligne droite (Fig.3, c). Cette relation est souvent qualifiée de linéaire. Ainsi, nous prenons une batterie d'une lampe de poche de 4,5 V et y connectons une résistance de 1 ohm et un ampèremètre connectés en série (elle est toujours connectée en série avec la charge). Au lieu des 4,5 A attendus, on obtient beaucoup moins ! Qu'y a-t-il, la loi d'Ohm ne fonctionne-t-elle vraiment pas ? Nous devrons étudier ce phénomène et connecter un voltmètre en parallèle avec la résistance. Il affichera une tension inférieure à 4,5 V et égale à U = I R. Où le reste de la tension "tombe-t-il" ? Sur la résistance interne de la batterie, dont nous n'avions pas tenu compte dans le calcul précédent. Ici, vous devez utiliser la loi d'Ohm pour un circuit complet: I \u4d E / (r + R), où E est la force électromotrice de la batterie (emf, elle est indiquée sur l'emballage, et pas du tout la tension); r - résistance interne. Ces deux paramètres caractérisent parfaitement la source de courant. Le schéma de l'expérience et l'ordre de mise sous tension des instruments sont illustrés à la Fig. . XNUMX.
Voyons comment le courant et la tension à la charge dépendent de sa résistance R. La tension à la charge U = l R = ER/(r + R). Si la résistance de charge est augmentée à l'infini, le courant tendra vers zéro et la tension tendra vers EMF. Connaître l'EMF est facile, il vous suffit de connecter un voltmètre (sans charge) aux bornes de la batterie. On suppose que le voltmètre est "bon" - à haute résistance, c'est-à-dire qu'il consomme un courant négligeable. Sinon, un "mauvais" voltmètre affichera une tension inférieure à la FEM de la valeur de Iv r où Iv est le courant consommé par le voltmètre. Dirigeons maintenant la résistance de charge vers zéro, alors le courant dans le circuit sera égal au courant de court-circuit Ikz \u4d E / r. Maintenant, l'ampèremètre illustré à la Fig. XNUMX doit être "bon", c'est-à-dire avoir une résistance intrinsèque ra exceptionnellement faible. Sinon, ce n'est pas Ikz qui sera mesuré, mais un courant inférieur égal à E / (r + ra). Il est possible de mesurer le courant de court-circuit avec un ampèremètre uniquement pour les cellules et batteries les plus faibles (alors il est petit et un très court-circuit des bornes ne nuit pas à la batterie). Pour de nombreuses batteries, Ikz peut atteindre des centaines et des milliers d'ampères - un tel courant fera fondre les fils de cuivre et les clous de fer et ruinera certainement votre ampèremètre. Heureusement, il n'est pas nécessaire de mener une telle expérience et la résistance interne peut être facilement trouvée par calcul. Si vous mesurez l'EMF avec un voltmètre à haute résistance, puis la tension U à une charge connue R, alors à partir de la loi d'Ohm pour une section du circuit, il est facile de trouver I \u1d U / R. Vous pouvez également mesurer le courant, alors il n'est même pas nécessaire de connaître la résistance. Transformons maintenant la formule de la loi d'Ohm pour la chaîne complète : r = E/I - R. En substituant I, nous avons r = R(E/U-XNUMX). Le même calcul peut être fait graphiquement. Pour le circuit complet illustré à la Fig. 4, nous traçons la dépendance du courant à travers la charge sur la tension à ses bornes, à condition que la résistance varie de 0 à l'infini. Lorsque la résistance est 0, le courant est maximum et égal à lK3, tandis que la tension est 0 - on obtient le point a. Augmentons la résistance à l'infini (éteignez-la) - la tension augmentera jusqu'à E - nous obtenons le point b. Deux points suffisent pour tracer une ligne droite ab à travers eux - c'est ce qu'on appelle la caractéristique de charge (ligne épaisse). Maintenant, en allumant une résistance R, en mesurant la tension U dessus et en calculant le courant I, nous obtenons le point c. Il est également facile de le trouver graphiquement en traçant l(U) dans les mêmes coordonnées pour une résistance R donnée, comme sur la Fig. 3c (trait fin sur la Fig. 5). L'intersection de deux droites donne le point c.
Dans le calcul ci-dessus, nous avons en fait trouvé les points b et c en mesurant la FEM et la tension sur la charge.Traçant une ligne droite à travers eux, nous trouvons également le point a à l'intersection avec l'axe vertical (Ikz), et donc la résistance interne r. Essayons maintenant de répondre à la question, quelle puissance P est libérée dans la charge ? Comme vous le savez, Р = U·I. Les volts multipliés par les ampères égalent les watts. Si le courant est mesuré en milliampères et que la tension est en volts, la puissance est obtenue en milliwatts. A l'aide de cette formule, il est facile de trouver la puissance dissipée par les résistances. Par exemple, si une tension de 1,2 V est appliquée à une résistance de 12 kΩ, le courant sera de 10 mA et la dissipation de puissance sera de 120 mW. Graphiquement, la puissance est égale à l'aire d'un rectangle construit sur les axes de coordonnées et touchant le sommet du point c (il est grisé sur la Fig. 5). La résistance de charge peut être choisie pour être à un point d très intéressant, où U = E/2 et I = lK3/2. Dans ces conditions, la résistance de charge est égale à la résistance interne de la source, soit R \uXNUMXd r, et l'aire du rectangle correspondant à la puissance P dissipée dans la charge sera maximale. Essayez de prouver cette position vous-même pour vous amuser, soit algébriquement - en trouvant le maximum de la fonction, soit en prouvant un théorème géométrique. La condition R = r est appelée la condition d'appariement et la charge est appelée appariée. En même temps, la plus grande puissance y est libérée. En effet, à des résistances de charge élevées, le courant chute, dans la limite de zéro, et la tension ne peut pas dépasser la FEM. Par conséquent, la puissance dans la charge tend vers zéro. Un autre cas extrême est moins évident, lorsque la résistance de charge tend vers zéro Alors le courant augmente jusqu'à lK3, mais la tension U tend vers zéro, ce qui signifie que la puissance dans la charge chute également. Il convient de noter que la puissance dans ce cas est toujours dissipée, mais pas du tout là où elle est nécessaire - sur la résistance interne de la source. Il a été observé à plusieurs reprises qu'une cellule galvanique en court-circuit s'échauffe, tout en épuisant rapidement sa capacité. La dernière question pour la discussion d'aujourd'hui est quelle est l'efficacité du circuit illustré à la fig. 4 ? Par définition, le rendement est égal au rapport de la puissance dissipée dans la charge à la puissance totale consommée dans le circuit. Ce dernier est égal à E 1, et le rendement = U l/E l = U/E. Cela montre que l'efficacité n'est proche de l'unité qu'à des résistances de charge élevées, lorsque l'on travaille avec des courants faibles, lorsque U est presque égal à E et que la chute de tension aux bornes de la résistance interne de la source est faible. Lors de la correspondance efficacité = 0,5 (50%) et la moitié de la puissance totale est dépensée à l'intérieur de la source, et l'autre moitié - dans la charge. Dans les modes proches d'un court-circuit, le rendement est très faible. C'est l'une des raisons pour lesquelles il est plus rentable de décharger des cellules galvaniques avec un petit courant. Et maintenant un autre "devoir". Vous avez été amené sur l'île, la nuit tombe, le prochain vol en bateau a été retardé et il doit donner un signal lumineux. Parmi le matériel d'expédition, vous avez trouvé une lampe de poche avec une batterie à moitié déchargée, un multimètre et trois ampoules : 12 Vx0,1 A, 6 Vx0,2 A et 3 Vx0,4 A. Les mesures des paramètres de la batterie ont montré son EMF 12 V et courant de court-circuit 0,4 A. Quelle ampoule choisir pour que la lumière soit la plus lumineuse possible ? (A noter que le circuit de la lanterne correspond à la Fig. 4, seul l'interrupteur n'est pas représenté.). Auteur : V. Polyakov, Moscou
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