Dlaczego prawo Ohma nie działa w przypadku odkurzaczy?

Poznałem prawo Ohma i testowałem rezystancję na wtyczce moich urządzeń gospodarstwa domowego i obliczałem prąd.

Na przykład mój czajnik miał 22 omy (10,45 ampera) i jest chroniony bezpiecznikiem 13 A.

Ma to sens i zgadzam się z tym, ale potem przetestowałem odkurzacz, który miał rezystancję 7,7 oma, co odpowiada 29,8 amperom, co z pewnością powinno przepalić bezpiecznik 13 A, ale tak nie jest. Przetestowałem teraz dwa różne odkurzacze, które mają ten sam mały odczyt rezystancji na żywo i neutralny.

Z pewnością byłby to bezpośredni zwarcie, ale działa dobrze, więc zmienia się opór czy co?

Zmierzony 7,7 omów to rezystancja uzwojenia silnika. Ale to nie jedyny czynnik determinujący jego prąd roboczy.

Odkurzacz może zbliżyć się do obliczonej 30 A natychmiastowej mocy, która jest przyłożona, ale gdy tylko silnik zacznie się obracać, generuje napięcie proporcjonalne do prędkości (zwanej back emf), które przeciwstawia się przyłożonemu napięciu, zmniejszając napięcie netto dostępne do napędzania prądu przez uzwojenia. Wraz ze wzrostem prędkości silnika prąd (a zatem i moment obrotowy wytwarzany przez silnik) maleje, a prędkość osiada w punkcie, w którym moment obrotowy wytwarzany przez silnik odpowiada momentowi wymaganemu do napędzania obciążenia przy tej prędkości.

Bezpieczniki nie wybuchają natychmiast. Ale gdybyś zablokował silnik, aby nie mógł się obracać, ten bezpiecznik nie trwałby długo.

Odkurzacz nie jest rezystorem, a napięcie sieciowe z gniazdka nie jest prądem stałym (prąd stały) . Prawo Ohma dotyczy rezystorów i prądu stałego. Prawo Ohma nie dotyczy bezpośrednio silnika podłączonego do źródła prądu przemiennego .

W przypadku silników należy zapoznać się z zasadami dotyczącymi prądu przemiennego i cewek indukcyjnych. Są one znacznie bardziej odpowiednie dla twojej sprawy.

„Rezystancja” dotyczy obwodów prądu stałego. Podczas gdy rezystancja nadal odgrywa rolę w AC, istnieje również inna cecha obwodów AC zwana „Reactance”, która jest właściwie tylko odpornością na prąd przemienny. „Reaktywność” zapewnia indukcyjność i pojemność oraz zmiany z częstotliwością zgodnie z następującymi wzorami:

$X_L$$X_C$$f$$L$$C$

Razem rezystancja i reaktancja (indukcyjna lub pojemnościowa) stają się złożoną liczbą postaci

$R$$j$$\sqrt{-1}$$X$$Z$$Z$$R$

„Więc zmienia się opór czy co?”

Krótka odpowiedź brzmi: tak ...

Długa odpowiedź jest o wiele bardziej złożona, ale nie pomylę cię ze szczegółami.

W skorupie orzecha odkurzacz ma cewki magnetyczne. Cewki, a zwłaszcza silniki, są złożonymi obciążeniami , a nie tylko rezystancyjnymi jak twój czajnik. Obciążenia te są szczególnie wrażliwe na zasilanie prądem przemiennym. To daje „efektywną rezystancję”, która jest DUŻO, DUŻO większa niż rezystancja DC mierzona za pomocą miernika uniwersalnego.

I tak, jeszcze nie pytałeś, ale po pierwszym włączeniu początkowy skok prądu może być DUŻY.

Jednak efektywny opór bardzo szybko wzrasta wraz z uruchomieniem silnika. Urządzenie zostało zaprojektowane w taki sposób, aby przepięcie było bardzo krótkie, wystarczająco krótkie, aby bezpiecznik nie miał czasu na rozgrzanie i stopienie.

Chociaż w niektórych krajach, takich jak większość Ameryki Północnej, możesz zauważyć, że światła na tym samym obwodzie gasną na krótko po włączeniu „odkurzacza”.

Jednak zatrzymanie silnika CAN powoduje wytworzenie silnych prądów. Kiedy złapiesz próżnię za krawędź dywanu i silnik zacznie jęczeć ... wyłącz go.

Silniki wytwarzają napięcie przeciwne do źródła, Back EMF. Więc prawo Ohma działa, ale w równaniu nie chodzi tylko o rezystancję i napięcie źródła.

Dlaczego prawo Ohma nie dotyczy odkurzaczy?

$F$$m$$a = F/m$

Wszystkie prawa, z pewnością wszystkie prawa fizyczne , działają tylko dla określonego, dobrze zdefiniowanego otoczenia. Prawo Ohma (w najprostszej formie, którą zakłada multimetr) działa dla wyidealizowanych rezystorów . Zdarza się, że czajnik elektryczny zachowuje się prawie jak wyidealizowany rezystor i oczywiście również rezystory, których używasz w obwodach elektronicznych. ^‡ Ale z góry nie ma absolutnie żadnego powodu, aby sądzić, że dany, nieznany składnik powinien być zgodny z prawem Ohma, tak jak nie ma powodu, aby zakładać, że prawa Keplera do ruchu planet powinny obowiązywać dla twojego czajnika na wodę.

Jedynie w nielicznych przypadkach, jeden dowiaduje się, że prawo, które działa od jakiegoś obiektu fizycznego okazuje się również prace na zupełnie innym obiektem B . Przypadki te są naprawdę ekscytującymi momentami w fizyce, na przykład gdy Einstein zaproponował, że niezmienność Lorentza , która po raz pierwszy była znana tylko jako własność praw elektrodynamiki Maxwella, dotyczy także masywnych ciał. To, że ta nieuzasadniona prognoza okazała się prawdziwa, czyni teorię względności właściwą teorią fizyczną , w przeciwieństwie do niektórych praw - takich jak prawo Ohma, które jest jedynie opisem tego, co robią oporniki .

^† _{Cóż, na poziomie prawa Newtona działają oczywiście na rezystory: jeśli przyłożysz siłę do tego rezystora, będzie on bardzo szybko przyspieszał, aż złącza lutowane zastosują przeciwdziałającą siłę powstrzymującą go. Wszystkie siły razem, prawo Newtona jest ponownie spełnione. Podobnie nawet odkurzacz może faktycznie w ogólnym ujęciu spełniać prawo Ohma, jeśli weźmie się pod uwagę indukcyjność silnika jako dodatkowe (wyobrażone) impedancje / reaktancje. Są one po prostu niewidoczne dla twojego multimetru, podobnie jak złącza lutownicze przytrzymujące twój rezystor nie są widoczne dla faceta, który ważył go przed włączeniem go do obwodu.}

^‡ _{Nawet to nie jest do końca prawdą: w rzeczywistości opór zależy od temperatury, na którą wpływa również prąd; i są bardziej skomplikowane efekty, takie jak hałas Johnsona . W wystarczająco pedantycznym sensie oporniki nie przestrzegają prawa Ohma!}

Prawo Ohma może być uważane albo za ścisły związek w przypadku rezystorów idealnych, albo za przybliżenie w przypadku rezystorów nie idealnych lub część ogólnego zestawu „praw” w przypadku rezystorów plus „coś innego” lub rezystorów, które są w znacznym stopniu wpływa na ich środowisko.

Prawo Ohma zawsze stosuje się do rzeczy, do których ma się odnosić -
tj. Do czysto niezmiennych rezystorów.

Jeśli to nie działa na „rzecz”, to nie jest to czysty rezystor niezmienny.
Może być

• rezystor plus indukcyjność, lub
• rezystor pod wpływem przyłożonego napięcia lub
• obecny lub
• pole elektryczne lub
• efekty termiczne lub
• ...

W przypadku silnika odkurzacza „widzisz” cewkę polową oraz cewkę wirnika, a także rezystancję obu tych elementów oraz pewną rezystancję okablowania. Na zastosowany prąd przemienny ma większy wpływ indukcyjność niż rezystancja.

_________________________

Następujące pozornie głupie i pedantyczne stwierdzenia (które w rzeczywistości mogą być głupie i pedantyczne :-)) wciąż dobrze wyjaśniają ogólną sytuację w świecie rzeczywistym:

• Prawo Ohma działa na wszystko.
• Dotyczy to tylko części rezystancyjnej.
• Wszystko ma część oporową.

• W niektórych przypadkach jest bardzo duży. np. Tower Bridge w Londynie w Anglii ma opór, który można zmierzyć z dwóch wybranych punktów na obu końcach. Jest prawdopodobnie bardzo duży, zmienia się nieustannie i nie jest zbyt przydatną miarą czegokolwiek.

• Kiedy zmienia się opór obiektu, nadal obowiązuje prawo Ohma, ale wynik zmienia się wraz ze zmianą oporu.

Silnik ma cewki i dlatego ma indukcyjność. Indukcyjność zawsze stara się przeciwstawić przyczynie wytwarzającej ją przez back emf. Silnik ma również zdolność do obracania się. Dlatego silnik obraca się w kierunku, który przeciwstawia się zmianie pola magnetycznego lub jest prostowany z powodu stale zmieniającego się prądu przemiennego.

Stąd prąd przemienny jest blokowany zarówno przez tylny emf, jak i przez obracanie silnika. Zatem chociaż opór jest niewielki, przeszkoda w przepływie prądu jest wysoka. Jest to powód, dla którego pobierany prąd jest bardzo wysoki, gdy silnik jest zablokowany i podczas rozruchu (początkowo w spoczynku, a zatem nie ma obrotu, aby zablokować zmieniający się prąd).