Bu okumalar neden ohm yasasını ihlal ediyor? (Öyle mi?)

Lise elektroniği bilgimi araştırıyorum ve etrafta olduğum küçük bir tanıtma pompasını denemeye karar verdim. Bir multimetre ile bazı ölçümler yaptım ve sonuçlar beni hiç şaşırtmadı. Okumalar Ohm yasasına uygun görünmüyor, mevcut çekiliş farklı görünüyor, vb. Şimdi güldüm.

Bu küçük pompaya iki adet AA pil bağladım. (Seyrek) veri sayfasına göre, 3V için derecelendirilmiştir ve "<460mA" akım çeker. Pil voltajını okumak için multimetreyi kullanarak (bağlı hiçbir şey olmadan) 3.18V aldım, çünkü bunlar taze AA pillerdi. Ardından pompayı bağlamaya ve pompadaki iki konektördeki voltajı okumaya karar verdim. Bu, 2.9V'yi okudu, çünkü görünüşte 0.28V kayboldu. Aküden pompaya giden tellerin her ikisi de sadece birkaç santimetre uzunluğundadır, bu nedenle bu kısa tellerde kaybedilecek çok fazla voltaj gibi görünüyor. Daha sonra multimetreyi devreye soktum ve 0.19A ölçtüm. Sonunda, pompanın 3.5 Ohm olan direncini ölçtüm.

Şimdi, Ohm yasasına göre, U = I * R, yani 0.19A * 3.5 Ohm = 0.665V. Pompada ölçülen 3.18V ve hatta 2.9VI'dan uzak bir ağlama. Bu nasıl mümkün olabilir?

Başka bir şey denerken, pompayı eski bir bilgisayarın güç kaynağından 5V molex konektöre bağladım. Molex konnektördeki voltajı ölçüyorum, 5.04V alıyorum. Pompanın konektörlerini ölçerek, 4.92V alıyorum. Multimetreyi devreye yerleştirdikten sonra aniden 0.28A okudum. Görünüşe göre, pompa aniden eskisinden 200mA daha fazla çekiyor, bu garip görünüyor: bir bileşen sadece gereken akımı çekmesi gerekiyor mu? Ohm yasasında bu rakamları atmak beni 4.92 / 0.28 = 17.575 alır. Ayrıca ölçtüğüm 3,5 Ohm değil.

Son olarak, 5V'u molex'ten kabaca 3V'ye düşürmek için bazı dirençler eklemeye karar verdim. 4,3 Ohm'luk ölçülmüş bir dirençle sonuçlanan seri olarak birkaç adet 1 Ohm direnç ekledim. Şimdi, multimetreyi devreye sokarsam 0.24A, yine farklı bir akım alırım. Dirençlerde voltaj ölçme 0.98V, pompada ölçüm 3.93V elde ediyorum. 0.24A * 4.3 Ohm = 1.032V, ölçülen 0.98VI değil.

Görünüşe göre devreler veya Ohm yasası ile ilgili temel bir şey eksik, ama anlayamıyorum. Pompanın bağlandığında direncinin değiştiğini düşündüm, ancak yine de dirençler üzerinde ölçtüğüm değerlerin Ohm yasasına uymadığı da anlamsız. Neyi kaçırıyorum?

Keşfettiğiniz gibi, bir elektrik motoru direnç olarak iyi bir şekilde modellenmemiştir ve bu nedenle Ohm yasasına uymaz.

Bir DC elektrik motoru için daha iyi bir model, değişken voltaj kaynağı ile seri olarak bir miktar direnç olmasıdır.

Ek olarak, bir bataryanın bir seri direnci * olarak modellenebilen bir iç direnci vardır. Bir PC güç kaynağı da aynı modeli kullanabilir, ancak seri direncinin daha küçük olması muhtemeldir. Sistem daha sonra şöyle görünür:

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

İlk durumda ölçülen voltajınızın yüksüz akü voltajından daha düşük olduğunu açıklayabiliriz çünkü bir voltaj bölücümüz var. Biraz matematik yapmak,

Eğer ölçülen , ve , yani ve .$R_m = 3.5 \Omega$$I = 0.19 A$$V_+ = 2.9V$$V_{emf} = 2.24 V$$R_s = 1.47 \Omega$

İkinci durumda, ve . Böylece: ve .$V_+ = 4.92V$$I = 0.28A$$V_{emf} = 3.94 V$$R_s = 0.43 \Omega$

İkisi arasında farklı olduğuna dikkat edin . Bunun nedeni, nin motorun ne kadar hızlı ile kabaca doğrusal olarak orantılı olmasıdır. 5V beslemesine bağlandığında motorun daha hızlı döndüğünü gözlemlemelisiniz.$V_{emf}$$V_{emf}$

Ek olarak, bir seri şönt direnci ekleyerek ve bu direnç üzerindeki voltajı ölçerek çok metrenin akımı nasıl ölçtüğü. Bu, analizi daha da karmaşık hale getirir, bu nedenle ölçülen akım ve yük voltajı tam olarak ilişkili değildir. Bu analizi yapmak daha zordur, ancak seri şönt direncini biliyorsanız mümkündür. Bu bazen nominal test akımında "yük gerilimi" olarak belirtilir ve şönt direncini geri kazanmak için Ohm yasasını kullanabilirsiniz.

Ölçülen yük voltajının ne olması gerektiğini tek bir metre ile yeniden yapılandırmak mümkündür, ancak in bu yanıtın kapsamı dışında nasıl davrandığı hakkında daha fazla bilgi gerektirir .$V_{emf}$

Ölçüm cihazınızı en geniş akım aralığına ayarlarsanız, bu en küçük şönt direncini kullanır, ölçüm cihazının seri hassasiyetinin etkisini biraz en aza indirerek en aza indirebilirsiniz.

* Not: Pillerin sabit bir iç direnci yoktur, ancak bu makul bir yaklaşımdır. Depolanan enerji, sıcaklık ve yük dahil ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere bir ton faktöre bağlıdır.

Helloworld922'nin cevabı doğru ve oldukça iyi, ama sorularınızı birer birer doğrudan cevaplamanıza yardımcı olabileceğini düşündüm.

Pil voltajını okumak için multimetreyi kullanarak (bağlı hiçbir şey olmadan) 3.18V aldım, çünkü bunlar taze AA pillerdi. Ardından pompayı bağlamaya ve pompadaki iki konektördeki voltajı okumaya karar verdim. Bu, 2.9V'yi okudu, çünkü görünüşte 0.28V kayboldu. Aküden pompaya giden tellerin her ikisi de sadece birkaç santimetre uzunluğundadır, bu nedenle bu tür kısa tellerde kaybedilecek çok fazla voltaj gibi görünüyor.

Aküler (ve diğer bazı voltaj kaynakları) bağlı yük yoksa normalden daha yüksek voltaj üretebilir. AA pilin nominal gerilimi 1,5V'dur, bu nedenle ikinci ölçümünüz aslında nominal değere daha yakındır. Alıntı yapmak Wikipedia : " Boşalmamış bir alkalin pilin etkili sıfır yük voltajı, kullanılan mangan dioksitin saflığına ve elektrolitteki çinko oksit içeriğine bağlı olarak 1.50 ila 1.65 V arasında değişir. Yük altındaki ortalama voltaj seviyeye bağlıdır. 1,1 ila 1,3 V arasında değişen deşarj ve çekilen akım miktarı. " Kablolarınızdaki voltaj düşüşü sıfıra yakın olmalıdır.

Daha sonra multimetreyi devreye soktum ve 0.19A ölçtüm. Sonunda, pompanın 3.5 Ohm olan direncini ölçtüm. Şimdi, Ohm yasasına göre, U = I * R, yani 0.19A * 3.5 Ohm = 0.665V. Pompada ölçülen 3.18V ve hatta 2.9VI'dan uzak bir ağlama. Bu nasıl mümkün olabilir?

HelloWorld922'nin yanıtı bunu kapsıyor. Burada anlaşılması gereken iki önemli nokta var. Birincisi, bir motor direnç değildir, ancak kabloları dirençlidir. İkincisi, bir motor döndüğünde geri EMF olarak adlandırılan bir voltaj üretir. Arka EMF motor akımına karşıdır. Pompanın tüketmesini beklediniz:

Bu akıma durma akımı denir ve pompa sıkışmış olsaydı beklediğiniz şey budur. Bu durumda, pillerdeki tek yük pompa kablolarının direncidir. Pompa hareket ederken arka EMF'yi dikkate almanız gerekir. Akım da sabit olmayacak.

Başka bir şey denerken, pompayı eski bir bilgisayarın güç kaynağından 5V molex konektöre bağladım. ... Multimetreyi devreye sokarak birdenbire 0.28A okudum. Görünüşe göre, pompa aniden eskisinden 200mA daha fazla çekiyor, bu garip görünüyor: bir bileşen sadece gereken akımı çekmesi gerekiyor mu?

Hayır. Bu, bazı transistör tabanlı elektronik cihazlar için geçerlidir, ancak tüm bileşenler için geçerli değildir. (Transistörler kabaca sabit bir akım lavabosu gibi davranabilir.)

4,3 Ohm'luk ölçülmüş bir dirençle sonuçlanan seri olarak birkaç adet 1 Ohm direnç ekledim. Şimdi, multimetreyi devreye sokarsam 0.24A, yine farklı bir akım alırım. Dirençler boyunca voltaj ölçme I 0.98V ... 0.24A * 4.3 Ohm = 1.032V, ölçülen 0.98VI değil.

Multimetreler bağlı oldukları devreyi etkiler. Kesin bir hesaplama yapmak için özelliklerini kontrol etmeniz gerekir. Sezgisel olarak, sayaç 4.3 ohm'unuza paralel bir direnç görevi görür. Bu, toplam direnci azaltır, bu da voltaj düşüşünü azaltır. (Bu benim tahminim, her neyse - dediğim gibi, metreye bağlı.)

Görünüşe göre devreler veya Ohm yasası ile ilgili temel bir şey eksik, ama anlayamıyorum.

Ohm Yasası elektrik devrelerinin mutlak bir yasası değildir. Ohmik malzemeler olarak adlandırılan belirli malzemelerin bir özelliğidir. Çok az gerçek cihaz, normal şartlar altında bile basit dirençler olarak modellenebilir! (Yüksek frekanslarda, (fiziksel) dirençler bile (devre teorisi) dirençleri olmayı bırakır, ancak şimdilik bu ayrıntıları size yedekleyeceğim. :-))

(Düşük frekanslı) elektrik devrelerinde güvenebileceğiniz kurallar şunlardır:

1. Kirchoff'un Gerilim Yasası: Kapalı bir döngü etrafındaki gerilimlerin toplamı sıfıra eşit olmalıdır.
2. Kirchoff'un Geçerli Yasası: Bir devre düğümüne giren ve çıkan akımların toplamı sıfıra eşit olmalıdır.
3. Enerjinin Korunumu: Bir devredeki her bileşen tarafından üretilen ve tüketilen anlık gücün (v (t) * i (t)) toplamı sıfıra eşit olmalıdır.

Diğer her şey modelleme. Bir devrenin davranışını tahmin etmek istiyorsanız, bileşenleriniz için iyi modellere ihtiyacınız vardır. Ve herkesin söylediği gibi, direnç bir pompa için iyi bir model değildir.

Pil voltajını okumak için multimetreyi kullanarak (bağlı hiçbir şey olmadan) 3.18V aldım, çünkü bunlar taze AA pillerdi. Ardından pompayı bağlamaya ve pompadaki iki konektördeki voltajı okumaya karar verdim. Bu, 2.9V'yi okudu, çünkü görünüşte 0.28V kayboldu.

Bu idi ne olurdu düşünün değil durum. Pillere bir yük bağlayabilirseniz ve voltaj değişmeden kalırsa ne olur? Ya bu yük sadece bir telse?

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Burada ne kadar akım akacak? İdeal bir tel 0Ω dirençtir ve üzerinde 3V vardır. Ohm yasasını kullanarak, akımı elde etmek için 3V direncine bölebiliriz ( ):$I=E/R$

Uygulamada tellerin bir miktar direnci var, bu yüzden aslında evrenle biten bir tekillik yaratmıyoruz. Tel oldukça kısa ve yağsa ve 0.0001Ω dirence sahipse ne olur?

Vay be, bu çok fazla akım. O telin bir anda buharlaşmasını beklerdim.

Tabii ki gerçekte olan bu değil. Gerçek bataryalar , metal parçalarının gerçek direncinin ve içindeki elektrolitlerin sonlu iletkenliğinin toplamı olan dahili dirence ve bataryalarda pompalamalarını sağlayan reaksiyonun hızını sınırlayan kimyasal özelliklere sahiptir. elektrik yükü.

Bu iç direncin ne olduğunu yaklaşık olarak hesaplayabiliriz. 0A'da akü üzerindeki voltajın 3.18V olduğunu biliyoruz. Ve biz pompa çalışırken 2.9V ve 0.19A ölçtüğünü biliyoruz. Yani:

^{bu devreyi simüle et}

Bir seri devrede akımın her yerde aynı olduğunu biliyoruz, dirençten akan 0.19A olmalıdır. Ve bu direncin değerini, karşısındaki voltaj 0.28V "eksik" olacak şekilde hesaplamamız gerekir. Bu Ohm yasası için bir uygulamadır:

Sonunda, 3.5 Ohm olan pompanın direncini ölçtüm

Bu Ohm yasası için bir uygulama değildir . Ohm yasası sadece dirençler için geçerlidir. Aşağıdakiler için geçerli değildir:

• motorlar
• diyotlar
• transistörler
• kapasitörler
• indüktörler
• floresan ışık blubs

Akımın her zaman dirençle çarpılan gerilime eşit olması durumunda, yaratabileceğimiz elektronik türlerinde gerçekten sınırlı oluruz! Yalnızca doğrusal devreler yapabilirdik , yani bilgisayarlarımız veya radyolarımız olamazdı.

Bir motor ohm direnci değildir. Oyundaki multimetre ile ölçtüğünüzün ötesinde görünen direnci (empedans) değiştiren indüktörler ve manyetik alanlar vardır.

Her akünün içinde bir miktar gerilim bırakan dahili bir rezistans vardır.Bu nedenle bu farkı görüyorsunuz (3.18V ila 2.9V) .Motorun direncine güvenemezsiniz.Çok faktörle değişecektir.

Ohm yasası, istatistiksel termo ve belirli koşullar göz önüne alındığında maddi bir mülkün sonucu olarak gerçekten bir yasa değildir.

@ Helloworld992'ye biraz eklemek için motorun mevcut çekimi, üzerindeki yüke bağlıdır. Bunun nedeni Vemf'in dönme hızına bağlı olmasıdır.

Motor mükemmel bir şekilde kayıpsızsa, hıza ulaştığında akım (ve dolayısıyla güç) çekmez.

Bunun yerine, motoru durdurursanız, akım sadece akü, kablolar, vb.