Ohms Gesetz ist seit 1827 ein’ entscheidendes Merkmal unseres Verständnisses für elektrischen Widerstand. Wir untersuchen, was dieses Gesetz beschreibt und wie es Ihnen helfen kann, die Effizienz Ihres thermischen Systems mit Leistungs- und Temperaturreglern zu verbessern.
Elektrische Stromdefinitionen
Seit der deutsche Physiker Georg Ohm das Gesetz zum ersten Mal entdeckt hat, hat es unser Verständnis für die Funktionsweise von elektrischen Schaltkreisen verbessert. Es ist’wichtig, die grundlegenden Definitionen von elektrischen Strömen zu überprüfen, bevor Sie herausfinden, wie dieses Gesetz die Funktionsweise von elektrischen Heizprodukten in Ihrer Einrichtung beeinflusst. Die Überprüfung des Ohmschen’ Gesetzes ist entscheidend für ein tiefgehendes Verständnis des elektrischen Widerstands und dessen Auswirkungen auf Ihren Prozess.
Strom, Leistung, Spannung und Widerstand
’Ohms Gesetz wird in einer Formel ausgedrückt, die diese Hauptmerkmale von Elektrizität beeinflusst. Hier sind die Definitionen und Abkürzungen dieser Merkmale eines elektrischen Stromkreises:
- ●Strom (I): Gemessen in Ampere (A), Strom ist die Bewegung von Elektronen durch einen Leiter.
- ●Spannung (E): Die elektrische Stromkraft wird als elektrisches Potential bezeichnet und wird in Volt (V) ausgedrückt.
- ●Widerstand (R): Gemessen in Ohm ( Ω), Widerstand ist der gesamte Widerstand des Stromflusses.
- ●Wattleistung (W): Watt (W) geben die Leistung an, die ein Widerstandselement in einem Heizelement in einem bestimmten Zeitraum liefert. Sie können die Wattleistung eines elektrischen Heizelements berechnen, um die elektrische Nutzung eines thermischen Systems zu bestimmen.
Ohm ’s Gesetz
Ohm ’s Law war eine grundlegende Entdeckung auf dem Gebiet der Elektronik und thermischen Systeme. In den 1820er Jahren kam Ohm zu dem Schluss, dass der Strom, der durch einen Metallleiter fließt, direkt proportional zur Spannung war, die über diesen Leiter angelegt wurde.
Wenn man dies in mathematischer Form ausdrückt, ist das Ergebnis die Grundgleichung:
- ●Spannung = Strom x Widerstand, also E = I x R
Anders ausgedrückt: Die Spannung eines Stromkreises entspricht dem Strom multipliziert mit dem Widerstand. OEMs und Konstrukteure verwenden diese Formel, um den Widerstand zu bestimmen, ohne ein elektrisches System auszuschalten. Die Messung des Widerstands von Materialien in einem Betriebskreis ist ohne die Verwendung dieser Formel’nicht möglich.
Der Ohm ’s Law Circle ist ein beliebtes Referenzwerkzeug, das die Neuanordnung der Formel ausdrückt, um die gewünschte Variable zu berechnen. Diese Ausdrücke sind alle die gleiche Grundformel, aber sie können zur Schnellreferenz bequem neu angeordnet werden, wenn unterschiedliche Faktoren konstant oder unbekannt sind. Schauen Sie sich die Gleichung an, um zu sehen, wie sich die Leistung verhält. Die Leistung in Watt (W) ist gleich der Spannung in Volt (E) mal dem Strom in Ampere (I). Oder mathematisch:
- ●Wattleistung = Spannung x Strom, also W = E x I
-
Anwendung des Ohm-’Gesetzes auf thermische Systeme
Um zu verstehen, wie sich der Widerstand eines elektrischen Stromkreises auf Ihr thermisches System auswirkt, lesen Sie die verschiedenen Stromkreis-Setups und Heizlösungen. Dieses Wissen hilft Ihnen, das optimale elektrische Heizelement und den Regler für Ihre Anwendung zu kaufen.
Bestimmung des Stroms
Um sicherzustellen, dass die Systemkomponenten mit geeigneten Sicherungs- oder Leistungsschaltern geschützt sind, ist es wichtig, die Strommenge zu bestimmen, die in Ihrem System fließt. Der Strom kann auch mit dem Ohm’-Gesetz bestimmt werden. Der Strom I in Ampere (A) ist gleich der Spannung E in Volt (V) geteilt durch den Widerstand R in Ohm ( Ω).
- ●Strom = Spannung / Widerstand, also I = E/R
Wenn beispielsweise ein Heizelement 100 Ohm misst und die an das System abgegebene Spannung 240 Volt beträgt, wie hoch ist der Strom in Ampere? I = 240/100, also I = 2,4 A.
Berechnen des Widerstands von Reihen- und Parallelschaltungen
Elektrische Schaltungen bestehen aus vier Grundkomponenten. Diese vier Komponenten können entweder in einem Reihen- oder Parallelschaltkreis eingerichtet werden, um Ihre Heizprodukte zu versorgen:
- ●Widerstandsgerät (Heizelemente)
- ●Spannungsquelle
- ●Strompfad
- ●Schalter
Ein Reihenschaltkreis verbindet Heizelemente von Ende zu Ende. Der Widerstand jedes Heizelements muss addiert werden, um den gesamten Schaltkreiswiderstand zu erreichen. Parallelschaltungen bieten zunehmende Möglichkeiten für den Stromfluss, sodass das Hinzufügen von Heizprodukten zu einem Parallelschaltung den Gesamtwiderstand verringert. Stellen Sie einfach die Spannung von Ohm ’s Law als konstant ein und berechnen Sie den Widerstand Ihres Systems.
Ein Reihenschaltkreis ist durch einen gemeinsamen Strom gekennzeichnet, der durch alle Widerstände fließt, da es nur einen Pfad gibt, dem der Strom folgen kann. Der äquivalente Widerstand für einen Reihenschaltkreis ist die Summe aller einzelnen Widerstände, also Rtotal = R1 + R2 + … + Rn. Ein Parallelschaltkreis ist mittlerweile durch eine gemeinsame Potentialdifferenz (Spannung) über die Enden aller Widerstände hinweg gekennzeichnet. Der äquivalente Widerstand für einen Parallelschaltkreis wird nach der folgenden Formel berechnet: 1/R gesamt = 1/R1 + 1/R2 +... + 1/Rn.
Abb. 1. Das Diagramm links zeigt einen Stromkreis, der aus einer Spannungsquelle und drei Widerständen in Serie besteht. Das rechte Diagramm ist ein Stromkreis mit einer Spannungsquelle und 3 parallel geschalteten Widerständen. Beispiel: Sie haben drei Heizelemente, mit R1 = 10 Ohm, R2 = 16 Ohm und R3 = 5 Ohm. Also, Berechnen des Widerstands für einen Reihenschaltkreis, R gesamt = 10 + 16 + 5 = 31 Ω. Berechnung für einen Parallelschaltkreis, 1/R gesamt = 1/10 + 1/16 + 1/5, also 1/Rgesamt = 0,3625 und R gesamt = 2,76 Ω.
Beachten Sie, dass das Platzieren von Widerständen in Reihe den Gesamtwiderstand auf mehr als den Widerstand jedes einzelnen Heizelements erhöht, während das Platzieren dieser Widerstände den Gesamtwiderstand auf weniger als den Widerstand jedes einzelnen Heizelements reduziert.
In Parallelschaltungen hat jedes Heizprodukt die gleiche Spannung, während in Reihe geschaltet, jeder den gleichen Strom hat. Im Wesentlichen ist die Verdrahtung in Reihe nur für zwei Heizelemente mit gleicher Wattzahl und Spannung. Zusätzlich zu einem reduzierten Widerstand verlässt sich ein Parallelschaltkreis’nicht auf jedes Heizelement, um einen kontinuierlichen Stromfluss aufrechtzuerhalten. Wenn ein einzelnes Heizelement in einer Reihe beschädigt wird, ist der Stromkreis unterbrochen und die gesamte Heizelement-Produktlinie ist nicht mehr in Betrieb. Ein einzelnes, beschädigtes Heizelement in einem Parallelkreis wirkt sich nur auf das einzelne Heizelement aus, so dass die anderen Heizelemente weiterhin arbeiten können.
Verbesserung eines thermischen Systems
Ohm ’s Law kann Ihnen bei der Fehlerbehebung Ihres thermischen Systems helfen. Wenn Ihre Leistungs- und Temperaturregler eine Schwankung des elektrischen Stroms oder der Heizleistung aufweisen, können Sie das Ohm-Gesetz verwenden, um die statischen Werte von Schaltkreiskomponenten zu validieren und’ Spannungsmessungen über Komponenten hinweg zu identifizieren.
Eine Hochstrommessung in Ihrem Stromkreis kann entweder durch eine Erhöhung der Spannung oder einen Rückgang des Widerstands verursacht werden. Ihr Testgerät kann jede Änderung der Spannung identifizieren, so dass Sie Ohm s Law ’verwenden können, um den Widerstand zu berechnen, um festzustellen, ob das Problem durch beschädigte Komponenten oder lose elektrische Verbindungen verursacht wird. In diesem Fall würde es tatsächlich zu einer Erhöhung des Widerstands führen; niedriges I und hohes W, mit hohem W, was mehr Wärme an den Anschlüssen bedeutet.
Ohm ’s Law ist ein wichtiges Werkzeug, das von Konstrukteuren verwendet wird, um das Verhältnis zwischen Spannung, Strom und Widerstand zu berechnen. Es wird jedoch’nicht als universelles Gesetz betrachtet. Ohm ’s Gesetz gilt nicht in Fällen, in denen eine induktive Last vorliegt oder der Widerstand nicht konstant ist. Während die meisten Heizelemente einen stabilen Widerstand haben, wenn die Temperatur steigt, haben einige keinen Widerstand. Beispiele hierfür sind Wolframlampen und Siliziumkarbid-Heizelemente.
Es gibt Stromkreisausnahmen, insbesondere wenn der Stromfluss’nicht direkt proportional zur Potentialdifferenz über den Leiter ist. Das Ohm’-Gesetz kann nicht auf Geräte angewendet werden, die eine nichtlineare Beziehung zwischen Spannung und Strom haben, wie z. B. einen Thermistor. Für weitere Informationen über’ Ohms Gesetz und seine Ausnahmen wenden Sie sich bitte an Ihren Watlow-Vertriebsmitarbeiter.
