Tại sao những bài đọc này vi phạm luật ohm? (Có phải họ không?)

12

Tôi đang nắm bắt kiến thức về thiết bị điện tử ở trường trung học của mình và tôi quyết định thử nghiệm với một chiếc máy bơm nhỏ mà tôi đã nằm xung quanh. Tôi đã thực hiện một số phép đo với một vạn năng và kết quả khiến tôi bối rối không có hồi kết. Các bài đọc dường như không tương ứng với luật của Ohm, bản vẽ hiện tại có vẻ khác nhau, v.v., và bây giờ tôi bị bối rối.

Tôi có cái bơm nhỏ này nối với hai pin AA. Theo bảng dữ liệu (thưa thớt), nó được xếp hạng 3V và rút ra dòng điện "<460mA". Sử dụng đồng hồ vạn năng để đọc điện áp pin (không có gì được kết nối) Tôi nhận được 3.18V, điều này có ý nghĩa bởi vì chúng là pin AA mới. Sau đó tôi quyết định kết nối máy bơm và đọc điện áp trên hai đầu nối trên máy bơm. Điều này đọc 2.9V, điều này làm tôi ngạc nhiên vì rõ ràng 0,28V đã biến mất. Các dây từ pin đến máy bơm đều chỉ dài vài cm, vì vậy điều này có vẻ như mất rất nhiều điện áp trên các dây ngắn như vậy. Sau đó tôi lắp đồng hồ vạn năng vào mạch và đo 0,19A. Cuối cùng, tôi đo được điện trở của máy bơm, là 3,5 Ohms.

Bây giờ, theo định luật Ohm, U = I * R, vì vậy 0,19A * 3,5 Ohm = 0,665V. Khác xa so với 3.18V hoặc thậm chí 2.9VI được đo trên máy bơm. Sao có thể như thế được?

Thử một cái gì đó khác, tôi nối máy bơm với đầu nối molex 5V từ nguồn điện của PC cũ. Đo điện áp trên đầu nối molex, tôi nhận được 5.04V. Đo trên đầu nối của máy bơm, tôi nhận được 4,92V. Đưa đồng hồ vạn năng vào mạch, tôi bất ngờ đọc 0,28A. Vì vậy, rõ ràng, máy bơm đột nhiên rút ra 200mA nhiều hơn so với trước đây, điều này có vẻ kỳ lạ: không phải là một thành phần được cho là chỉ vẽ dòng điện mà nó yêu cầu? Ném những con số này vào luật Ohm giúp tôi có được 4,92 / 0,28 = 17,575. Cũng không phải là 3,5 Ohms tôi đo được.

Cuối cùng, tôi quyết định thêm một số điện trở để giảm 5V từ molex xuống còn khoảng 3V. Tôi đã thêm một vài điện trở 1 Ohm nối tiếp dẫn đến điện trở đo được là 4,3 Ohms. Bây giờ, nếu tôi chèn đồng hồ vạn năng vào mạch, tôi nhận được 0,24A, nhưng lại là một dòng điện khác. Đo điện áp trên các điện trở tôi nhận được 0,98V, và đo qua máy bơm tôi nhận được 3,93V. 0,24A * 4,3 Ohms = 1,032V, không phải là 0,98VI đo được.

Tôi dường như đang thiếu một cái gì đó cơ bản về các mạch hoặc luật Ohm, nhưng tôi không thể tìm ra nó. Tôi đã xem xét thực tế là điện trở của máy bơm thay đổi khi được kết nối, nhưng sau đó nó vẫn không có nghĩa là các giá trị tôi đo được trên các điện trở cũng không tuân theo định luật Ohm. Tôi đang thiếu gì?

multimeter ohms-law

— Bas
nguồn

Nếu bạn chỉ sử dụng một vạn năng duy nhất để xen kẽ giữa dòng điện và điện áp thì bạn sẽ không bao giờ có được kết quả chính xác.

— Ignacio Vazquez-Abrams

Làm sao vậy Bạn có thể giải thích?

— Bas

4

Bạn đã xem xét điện trở trong của vạn năng trong khi đo dòng điện? Và điện trở bên trong của pin (nên rất thấp, nhưng bạn không bao giờ biết)?

— Arsenal

3

0,98V đến 1,032V khá gần. Sai số 4%.

— Người qua đường

Đọc dummies.com/how-to/content/ trộm

— Người qua đường

34

Như bạn đã phát hiện ra, một động cơ điện không được mô hình hóa tốt như một điện trở, và như vậy không tuân theo định luật Ohm.

Một mô hình tốt hơn cho động cơ điện một chiều là có một số điện trở nối tiếp với nguồn điện áp thay đổi.

Ngoài ra, pin có một số điện trở trong, có thể được mô hình hóa như một điện trở nối tiếp *. Một bộ nguồn PC cũng có thể sử dụng mô hình tương tự, nhưng điện trở sê-ri có thể nhỏ hơn. Hệ thống sau đó trông như:

sơ đồ

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Chúng tôi có thể giải thích tại sao trong trường hợp đầu tiên, điện áp đo được của bạn nhỏ hơn điện áp pin không tải vì chúng tôi có bộ chia điện áp. Làm toán

\begin{aligned} V_{e m f} = = V_{+} - Tôi R_{m} \\ R_{S} = = \frac{V_{b một t} - V_{+}}{Tôi} \end{aligned}

$\begin{align} V_{emf} = V_+ - I R_m\\ R_s = \frac{V_{bat} - V_+}{I} \end{align}$

Bạn đo , , và , vì vậy và $R_m = 3.5 \Omega$ $I = 0.19 A$ $V_+ = 2.9V$ $V_{emf} = 2.24 V$ $R_s = 1.47 \Omega$

$V_+ = 4.92V$ $I = 0.28A$ $V_{emf} = 3.94 V$ $R_s = 0.43 \Omega$

$V_{emf}$ $V_{emf}$

Ngoài ra, cách đo dòng điện nhiều mét bằng cách giới thiệu điện trở shunt loạt và đo điện áp trên điện trở này. Điều này càng làm phức tạp thêm việc phân tích, do đó, dòng điện và điện áp tải đo được không tương quan chính xác. Việc phân tích này khó khăn hơn, nhưng có thể nếu bạn biết kháng shunt loạt. Điều này đôi khi được trích dẫn là "điện áp gánh nặng" ở dòng thử nghiệm định mức và bạn có thể sử dụng định luật Ohm để phục hồi điện trở shunt.

$V_{emf}$

Nếu bạn đặt đồng hồ của mình ở phạm vi hiện tại lớn nhất, điều này sẽ sử dụng điện trở shunt nhỏ nhất, bạn có thể giảm thiểu tác động của việc đồng hồ đo theo loạt với chi phí mất một chút độ chính xác.

* lưu ý: Pin không có điện trở trong không đổi, nhưng đây là một xấp xỉ hợp lý. Nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố bao gồm nhưng không giới hạn ở năng lượng, nhiệt độ và tải được lưu trữ.

— hellowworld922
nguồn

Giá trị kháng đóng được tìm thấy trong biểu dữ liệu của DMM, ngay cả đối với những người thực sự nhảm nhí.

— Fizz

Cảm ơn đã trả lời rất chi tiết. Tôi đang bối rối về toán học, mặc dù. Tôi không nhận được sự khác biệt giữa Vemf và V +. Tôi nhận được từ công thức rằng Vemf là V + trừ đi điện áp bị giảm bởi điện trở của động cơ, nhưng tôi không hiểu điều đó có liên quan đến mạch như thế nào. Là Vemf điện áp rơi của động cơ?

— Bas

1

Vemflà động cơ hoạt động như một máy phát điện: mọi động cơ điện cũng là một máy phát điện. Vemftrong một động cơ điện được sản xuất đối lập với điện áp ứng dụng trên động cơ và tỷ lệ thuận với tốc độ của động cơ. Đây là lý do tại sao việc trì hoãn một động cơ có hại cho động cơ: Vemf = 0và về cơ bản, bạn tối đa hóa dòng điện qua động cơ, điều này có thể gây ra thiệt hại nhiệt (còn gọi là quá nóng).

— hellowworld922

Vemf

V_{+} = V_{e m f} + V_{R m}

$V_+ = V_{emf} + V_{Rm}$

V_{R m}

$V_{Rm}$

1

Ngoài ra, với hầu hết các đồng hồ đo, đặc biệt là các loại rẻ tiền, bạn có thể sử dụng phạm vi ohms và chọc dây dẫn dương vào ổ cắm hiện tại để đo điện trở shunt. Cũng thuận tiện cho việc kiểm tra cầu chì thổi.

— Hugoagogo

15

Câu trả lời của Helloworld922 là chính xác và khá hay, nhưng tôi nghĩ nó có thể giúp bạn trả lời trực tiếp từng câu hỏi của bạn.

Sử dụng đồng hồ vạn năng để đọc điện áp pin (không có kết nối) Tôi nhận được 3.18V, điều này có ý nghĩa bởi vì chúng là pin AA mới. Sau đó tôi quyết định kết nối máy bơm và đọc điện áp trên hai đầu nối trên máy bơm. Điều này đọc 2.9V, điều này làm tôi ngạc nhiên vì rõ ràng 0,28V đã biến mất. Các dây từ pin đến máy bơm đều chỉ dài vài cm, vì vậy điều này có vẻ như mất rất nhiều điện áp trên các dây ngắn như vậy.

Pin (và một số nguồn điện áp khác) có thể tạo ra điện áp cao hơn bình thường nếu không có tải được kết nối. Điện áp danh định của pin AA là 1,5V, do đó phép đo thứ hai của bạn thực sự gần với danh nghĩa hơn. Trích dẫn Wikipedia : "Điện áp không tải hiệu quả của pin kiềm không xả thay đổi từ 1,50 đến 1,65 V, tùy thuộc vào độ tinh khiết của mangan dioxide được sử dụng và hàm lượng oxit kẽm trong chất điện phân. Điện áp trung bình phụ thuộc vào mức độ phóng điện và lượng dòng điện được rút ra, thay đổi từ 1,1 đến 1,3 V. " Điện áp rơi trên dây của bạn phải gần bằng không.

Sau đó tôi lắp đồng hồ vạn năng vào mạch và đo 0,19A. Cuối cùng, tôi đo được điện trở của máy bơm, là 3,5 Ohms. Bây giờ, theo định luật Ohm, U = I * R, vì vậy 0,19A * 3,5 Ohm = 0,665V. Khác xa so với 3.18V hoặc thậm chí 2.9VI được đo trên máy bơm. Sao có thể như thế được?

Câu trả lời của HelloWorld922 bao gồm điều này. Có hai điều quan trọng để hiểu ở đây. Đầu tiên, một động cơ không phải là một điện trở, mặc dù dây của nó có điện trở. Thứ hai, một động cơ tạo ra một điện áp khi nó quay, cái gọi là EMF trở lại. EMF phía sau phản đối dòng điện động cơ. Bạn dự kiến máy bơm sẽ tiêu thụ:

Tôi = = \frac{V}{R} = = \frac{2.9 V}{3,5 Ω} \approx 830 m Một

$I = \frac V R = \frac {2.9\ \mathrm V} {3.5\ \Omega} \approx 830\ \mathrm{mA}$

Dòng điện này được gọi là dòng điện ổn định và đó là những gì bạn mong đợi nếu máy bơm bị kẹt. Trong trường hợp đó, tải duy nhất trên pin là điện trở của dây bơm. Khi máy bơm đang di chuyển, bạn phải xem xét EMF trở lại. Hiện tại sẽ không thực sự là hằng số.

Thử một cái gì đó khác, tôi nối máy bơm với đầu nối molex 5V từ nguồn điện của PC cũ. ... Đưa đồng hồ vạn năng vào mạch, tôi bất ngờ đọc 0,28A. Vì vậy, rõ ràng, máy bơm đột nhiên rút ra 200mA nhiều hơn so với trước đây, điều này có vẻ kỳ lạ: không phải là một thành phần được cho là chỉ vẽ dòng điện mà nó yêu cầu?

Không. Điều này đúng với một số thiết bị điện tử dựa trên bóng bán dẫn, nhưng không phải tất cả các thành phần. (Các bóng bán dẫn có thể hoạt động gần giống như một dòng điện không đổi.)

Tôi đã thêm một vài điện trở 1 Ohm nối tiếp dẫn đến điện trở đo được là 4,3 Ohms. Bây giờ, nếu tôi chèn đồng hồ vạn năng vào mạch, tôi nhận được 0,24A, nhưng lại là một dòng điện khác. Đo điện áp trên các điện trở Tôi nhận được 0,98V ... 0,24A * 4,3 Ohms = 1,032V, không phải là 0,98VI đo được.

Đồng hồ vạn năng ảnh hưởng đến mạch mà chúng được kết nối. Bạn sẽ phải kiểm tra thông số kỹ thuật của nó để tính toán chính xác. Theo trực giác, đồng hồ hoạt động như một điện trở song song với 4,3 ohms của bạn. Điều này làm giảm tổng điện trở, làm giảm sụt áp. (Đó là dự đoán của tôi, dù sao đi nữa - như tôi đã nói, nó phụ thuộc vào đồng hồ.)

Tôi dường như đang thiếu một cái gì đó cơ bản về các mạch hoặc luật Ohm, nhưng tôi không thể tìm ra nó.

Định luật Ohm không phải là một định luật tuyệt đối của các mạch điện. Đó là một tài sản của một số vật liệu nhất định, được gọi là vật liệu Ohmic. Rất ít thiết bị thực có thể được mô hình hóa như điện trở đơn giản, ngay cả trong trường hợp bình thường! (Ở tần số cao, các điện trở thậm chí (vật lý) dừng là điện trở (lý thuyết mạch), nhưng tôi sẽ tiết lộ cho bạn những chi tiết đó ngay bây giờ. :-))

Các quy tắc bạn có thể dựa vào các mạch điện (tần số thấp) là:

Định luật điện áp của Kirchoff: Tổng các điện áp xung quanh một vòng kín phải bằng không.
Định luật hiện hành của Kirchoff: Tổng dòng điện đi vào và rời khỏi nút mạch phải bằng không.
Bảo toàn năng lượng: Tổng công suất tức thời (v (t) * i (t)) được sản xuất và tiêu thụ bởi mọi thành phần trong mạch phải bằng không.

Mọi thứ khác là mô hình. Nếu bạn muốn dự đoán hành vi của một mạch, bạn cần các mô hình tốt cho các thành phần của bạn. Và như mọi người đã nói, một điện trở không phải là một mô hình tốt cho máy bơm.

— Adam Haun
nguồn

1

Cảm ơn đã dành thời gian để trả lời các câu hỏi khác nhau cá nhân. Tôi đã cân nhắc việc chia chúng thành các câu hỏi riêng biệt, nhưng chúng chỉ có ý nghĩa trong bối cảnh của nhau.

— Bas

13

Sử dụng đồng hồ vạn năng để đọc điện áp pin (không có kết nối) Tôi nhận được 3.18V, điều này có ý nghĩa bởi vì chúng là pin AA mới. Sau đó tôi quyết định kết nối máy bơm và đọc điện áp trên hai đầu nối trên máy bơm. Điều này đọc 2.9V, điều này làm tôi ngạc nhiên vì rõ ràng 0,28V đã biến mất.

Hãy xem xét những gì sẽ xảy ra không là trường hợp này. Điều gì nếu bạn có thể kết nối tải với pin và điện áp không thay đổi? Điều gì nếu tải đó chỉ là một dây?

sơ đồ

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

$I=E/R$ ):

Tôi = = \frac{3 V}{0 Ω}

$I = \frac{3\:\mathrm V}{0\:\Omega}$

Trong thực tế dây có một số kháng cự, vì vậy chúng tôi thực sự không tạo ra một điểm kỳ dị kết thúc vũ trụ. Điều gì nếu dây khá ngắn và mập, và có điện trở 0,0001Ω?

Tôi = = \frac{3 V}{0,0001 Ω} = = 30000 Một

$I = \frac{3\:\mathrm V}{0.0001\:\Omega} = 30000\:\mathrm A$

Wow đó là rất nhiều hiện tại. Tôi hy vọng rằng dây sẽ bị bay hơi ngay lập tức.

Tất nhiên đây không phải là những gì thực sự xảy ra. Pin thật có điện trở trong , là tổng điện trở thực của các bộ phận kim loại của chúng và độ dẫn điện hữu hạn của chất điện phân trong chúng, và tính chất hóa học làm hạn chế tốc độ phản ứng xảy ra trong pin khiến chúng có thể bơm sạc điện.

Chúng ta có thể tính toán mức kháng cự bên trong này là bao nhiêu. Chúng ta biết rằng ở 0A, điện áp trên pin là 3,18V. Và chúng tôi biết rằng với máy bơm đang chạy, bạn đo được 2.9V và 0.19A. Vì thế:

sơ đồ

^{mô phỏng mạch này}

Chúng ta biết rằng dòng điện giống nhau ở mọi nơi trong một mạch nối tiếp, phải có 0,19A chảy qua điện trở. Và chúng ta cần tính giá trị của điện trở đó sao cho điện áp trên nó là "thiếu" 0,28V. Đây là một ứng dụng cho luật Ohm:

R = = \frac{0,28 V}{0,19 Một} = = 1,47 Ω

$R = \frac{0.28\:\mathrm V}{0.19\:\mathrm A} = 1.47\:\Omega$

Cuối cùng, tôi đo được điện trở của máy bơm, là 3,5 Ohms

Đây không phải là một ứng dụng cho luật Ohm. Luật Ohm chỉ áp dụng cho điện trở. Nó không áp dụng cho:

động cơ
điốt
Linh kiện bán dẫn
tụ điện
cuộn cảm
đèn huỳnh quang

Trong trường hợp dòng điện luôn bằng điện áp nhân với điện trở, chúng ta sẽ thực sự bị giới hạn trong các loại thiết bị điện tử chúng ta có thể tạo ra! Chúng tôi chỉ có thể tạo ra các mạch tuyến tính , có nghĩa là chúng tôi không thể có máy tính hoặc radio chẳng hạn.

— Phil Frost
nguồn

Tôi thực sự đánh giá cao kịch bản "nếu như" lý thuyết. Nó thực sự giúp đưa mọi thứ vào một bối cảnh thực tế cho tôi, cảm ơn!

— Bas

4

Một động cơ không phải là một điện trở ohmic. Có cuộn cảm và từ trường đang chơi, làm thay đổi điện trở rõ ràng (trở kháng) vượt quá mức bạn đo bằng đồng hồ vạn năng của mình.

— corecode
nguồn

Nhưng làm thế nào điều đó giải thích các giá trị tôi đọc trên loạt điện trở?

— Bas

3

Mỗi pin đều có điện trở bên trong làm giảm một số điện áp trên nó. Đó là lý do tại sao bạn thấy sự khác biệt này (3.18V đến 2.9V). Bạn không thể dựa vào điện trở của động cơ. Nó sẽ thay đổi theo nhiều yếu tố.

— Stefan Merfu
nguồn

Nhưng nếu điện trở bên trong pin, tôi cũng không nên đo giá trị bị rơi nếu tôi đo các cực của pin? Ngoài ra, tôi đoán điện trở của động cơ khác nhau, nhưng còn điện trở loạt thì sao? Các giá trị tôi đo được ở đó cũng không cộng với luật Ohm.

— Bas

3

Đồng hồ vạn năng của bạn hầu như không lấy bất kỳ năng lượng nào từ pin của bạn, vì vậy dòng điện sẽ gần như bằng 0 và bạn sẽ không thấy bất kỳ điện áp rơi nào qua điện trở đó. Hãy bảo vệ khi bạn sử dụng tải (200 mA), điện trở này nối tiếp với mức 200mA này x điện trở của pin sẽ xác định mức giảm điện áp. Điện trở của pin sẽ thay đổi theo nhiệt độ và rất nhiều yếu tố khác. Bạn có thể kiểm tra bảng dữ liệu của pin.

— Stefan Merfu

3

Luật Ohm không thực sự là một luật nhiều như là hệ quả của nhiệt thống kê và một tài sản vật chất với những điều kiện nhất định.

Để thêm một chút vào @ helloworld992, sức hút hiện tại của động cơ phụ thuộc vào tải trọng trên nó. Điều này là do Vemf phụ thuộc vào tốc độ quay.

Nếu động cơ hoàn toàn không bị mất, nó sẽ không có dòng điện (và do đó là sức mạnh) một khi nó tăng tốc.

Thay vào đó, nếu bạn dừng động cơ, bạn sẽ tạo ra một mạch ngắn với dòng điện chỉ bị giới hạn bởi điện trở bên trong từ pin, dây điện, ect.

— người dùng1512321
nguồn