Primeri vprašanj o ohmski in neohmski upornosti
Uvod
Upor v električnih tokokrogih je temeljni koncept, ki je bistven za razumevanje elektrotehnike in elektronike. Upor določa, koliko toka bo steklo skozi komponento, ko je nanjo priključena napetost. V fiziki poznamo dve glavni vrsti upora: ohmski upor in neohmski upor. Ta članek bo podrobno razložil obe vrsti upora, skupaj z nekaj primeri problemov in razpravami za poglobitev vašega razumevanja.
Omska upornost
Omska upornost je upornost, ki se drži Ohmovega zakona, ki pravi, da je tok, ki teče skozi prevodnik med dvema točkama, neposredno sorazmeren z napetostjo med tema dvema točkama. Matematično lahko ta zakon zapišemo kot:
“matematika
V = IR
""
Dimana:
– V je napetost (volti)
– I je tok (amper)
– R je upor (Ohm)
Komponente, ki imajo ohmsko upornost, imajo običajno graf razmerja med tokom in napetostjo v obliki ravne črte.
Primeri vprašanj o ohmski upornosti
Vprašanje 1: Upor z upornostjo 10 ohmov je priključen na napetost 5 voltov. Izračunajte tok, ki teče skozi upor.
Razprava:
Z uporabo Ohmovega zakona:
\[ V = IR \]
Znano je:
– V = 5 voltov
– R = 10 ohmov
Torej:
\[ I = \frac{V}{R} = \frac{5}{10} = 0,5 \, \text{Amper} \]
Torej, tok, ki teče skozi upor, je 0,5 ampera.
Primer vprašanja 2: Omska upornost v vzporednih vezjih
Vprašanje 2: Dva upora, vsak z upornostjo 4 ohme in 6 ohmov, sta povezana vzporedno in nato priključena na vir napetosti 12 voltov. Izračunajte skupni tok, ki teče v tokokrogu.
Razprava:
V vzporednem vezju je napetost na vsakem uporu enaka:
– V = 12 voltov
Da bi dobili skupni tok, moramo najprej z uporabo Ohmovega zakona poiskati tok v vsakem uporu in jih nato sešteti.
1. Tok v uporu 4 Ohm:
\[ I_1 = \frac{V}{R_1} = \frac{12}{4} = 3 \, \text{Amper} \]
2. Tok v uporu 6 Ohm:
\[ I_2 = \frac{V}{R_2} = \frac{12}{6} = 2 \, \text{Amper} \]
Skupni tok v tokokrogu je:
\[ I_{skupaj} = I_1 + I_2 = 3 + 2 = 5 \, \text{Amper} \]
Torej je skupni tok, ki teče v tokokrogu, 5 amperov.
Neomska upornost
Neohmska upornost je upornost, ki ne upošteva Ohmovega zakona. Pri komponentah z neohmsko upornostjo je razmerje med napetostjo in tokom nelinearno in je lahko odvisno od več drugih dejavnikov, kot so temperatura, frekvenca ali električno polje. Nekaj primerov so žarnice z žarilno nitko, diode in tranzistorji.
Primeri vprašanj o neohmski upornosti
Vprašanje 3: Idealna dioda je priključena na premično napetost 0.7 V. Če je upor idealne diode zelo majhen, kolikšen tok bo tekel, ko bo priključena ta napetost?
Razprava:
V idealni diodi, ko je prednapeta v smeri toka, tok teče z zelo majhnim uporom. Zato je tok, ki teče, določen z njeno upornostjo, ki je praktično nič. V idealnem primeru je ta upornost tako majhna, da je tok omejen le s kapaciteto vira napetosti.
Ker je dioda idealna, je lahko tok zelo velik in se približuje kapacitivnosti napetostnega vira in pripadajočega vezja, ki je nanj priključeno. Vendar pa bodo v praktičnih aplikacijah upornost drugih vezij in omejitve kapacitivnosti napetostnega vira bolj realistično določale dejanski tok.
Če lahko vir napetosti zagotavlja neomejen tok, potem lahko predpostavimo, da je tok, ki teče, zelo velik, vendar je realno manj smiselno, če ne določimo omejitve toka z zmogljivostjo vira.
Primer vprašanja 4: Neohmska upornost v žarnicah z žarilno nitko
Vprašanje 4: Žarnica z žarilno nitko ima neohmske lastnosti z nazivno napetostjo 220 voltov in porabo energije 100 vatov. Izračunajte upor žarnice, ko je žarnica prižgana, glede na nazivno moč in napetost.
Razprava:
Znano je:
– V = 220 voltov
– P = 100 W
Z uporabo formule za električno moč,
\[ P = VI \]
Torej tok, ki teče:
\[ I = \frac{P}{V} = \frac{100}{220} \približno 0.455 \, \text{Amper} \]
Nato z uporabo Ohmovega zakona,
\[ R = \frac{V}{I} = \frac{220}{0.455} \približno 484 \, \text{Ohm} \]
Torej je upor žarnice z žarilno nitko, ko sveti z nazivno močjo in napetostjo, približno 484 ohmov.
Zaključek
Razumevanje razlike med ohmsko in neohmsko upornostjo je ključnega pomena pri analizi električnih vezij. Ohmska upornost se drži Ohmovega zakona z linearnim razmerjem med napetostjo in tokom, medtem ko je neohmska upornost nelinearna in nanjo lahko vpliva več drugih dejavnikov. Z različnimi primeri in razpravami, predstavljenimi zgoraj, lahko bolje razumemo, kako delujeta ti dve vrsti upornosti in kako izračunati tok, napetost in upornost v električnem tokokrogu.
Poznavanje ohmske in neohmske upornosti je zelo koristno, zlasti za tiste, ki delajo v elektrotehniki ali elektroniki, saj pomaga pri učinkovitejšem in uspešnejšem načrtovanju in analizi vezij.
