ทำไมกฎของโอห์มจึงไม่ทำงานกับเครื่องดูดฝุ่น

ฉันได้เรียนรู้เกี่ยวกับกฎหมายของโอห์มและทดสอบความต้านทานต่อปลั๊กของเครื่องใช้ในครัวเรือนของฉันและคำนวณกระแสไฟฟ้า

ตัวอย่างเช่นกาต้มน้ำของฉันคือ 22 โอห์ม (10.45 แอมป์) และได้รับการคุ้มครองโดยฟิวส์ 13 A

มันสมเหตุสมผลแล้วและฉันก็โอเคกับมัน แต่จากนั้นฉันทดสอบเครื่องดูดฝุ่นที่มีความต้านทาน 7.7 โอห์มซึ่งเท่ากับ 29.8 แอมแปร์ซึ่งแน่นอนว่าควรจะเป่าฟิวส์ 13 A แต่ก็ไม่ได้ ตอนนี้ฉันได้ทดสอบเครื่องดูดฝุ่นที่แตกต่างกันสองเครื่องซึ่งมีค่าการอ่านค่าความต้านทานเท่ากันทั้งค่าสดและค่ากลาง

แน่นอนว่านี่จะเป็นช่วงสั้น ๆ แต่ก็ใช้ได้ดีดังนั้นความต้านทานจึงเปลี่ยนไปหรืออะไร

7.7 โอห์มที่คุณวัดได้คือความต้านทานของขดลวดมอเตอร์ แต่นั่นไม่ใช่ปัจจัยเดียวที่กำหนดกระแสการทำงาน

เครื่องดูดฝุ่นของคุณอาจเข้าใกล้กับ 30A ที่คำนวณได้ซึ่งจะใช้พลังงานทันที แต่ทันทีที่มอเตอร์เริ่มหมุนมันจะสร้างแรงดันไฟฟ้าที่เป็นสัดส่วนกับความเร็ว (เรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับ) ที่ต่อต้านแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ พร้อมที่จะขับกระแสปัจจุบันผ่านขดลวด เมื่อความเร็วมอเตอร์เพิ่มขึ้นกระแสไฟฟ้า (และแรงบิดที่เกิดจากมอเตอร์) จะลดลงและความเร็วจะตกลงที่จุดที่แรงบิดที่ผลิตโดยมอเตอร์นั้นตรงกับแรงบิดที่จำเป็นในการขับเคลื่อนโหลดด้วยความเร็วนั้น

ฟิวส์จะไม่ระเบิดทันที แต่ถ้าคุณต้องล็อคมอเตอร์ดังนั้นมันจึงไม่สามารถหมุนได้ฟิวส์นั้นจะไม่นาน

เครื่องดูดฝุ่นที่ไม่ได้เป็นตัวต้านทานและแรงดันไฟฟ้าจากเต้าเสียบไม่DC (Direct Current) กฎหมายของโอห์มใช้กับตัวต้านทานและ DC กฎของโอห์มใช้ไม่ได้โดยตรงไปยังมอเตอร์ของคุณเชื่อมต่อกับAC (กระแสสลับ)แหล่งที่มา

สำหรับมอเตอร์คุณต้องดูกฎสำหรับการสลับกระแสและตัวเหนี่ยวนำ มันมีความเหมาะสมกับกรณีของคุณ

"ความต้านทาน" สำหรับวงจร DC ในขณะที่ความต้านทานยังคงมีบทบาทใน AC, นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติอื่นสำหรับวงจร AC ที่เรียกว่า "Reactance" ซึ่งเป็นเพียงความต้านทานต่อกระแสสลับ "Reactance" มีให้โดยการเหนี่ยวนำและความจุและการเปลี่ยนแปลงที่มีความถี่ตามสูตรต่อไปนี้:

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

ร่วมกันความต้านทานและปฏิกิริยา (ไม่ว่าจะเหนี่ยวนำหรือ capacitive) กลายเป็นจำนวนที่ซับซ้อนของรูปแบบ

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

"ความต้านทานเปลี่ยนไปหรืออะไร?"

คำตอบสั้น ๆ คือใช่ ...

คำตอบที่ยาวนั้นซับซ้อนกว่ามาก แต่ฉันจะไม่ทำให้คุณสับสนกับรายละเอียด

ในเปลือกถั่วเครื่องดูดฝุ่นของคุณมีขดลวดแม่เหล็กอยู่ คอยส์และมอเตอร์โดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นโหลดซับซ้อนไม่เพียงต้านทานเช่นกาต้มน้ำของคุณ โหลดเหล่านี้มีความไวต่อไฟ AC เป็นพิเศษ ที่สร้าง "ความต้านทานที่มีประสิทธิภาพ" ซึ่งเป็นจำนวนมากมากขึ้นกว่าความต้านทาน DC ที่คุณวัดด้วยมัลติมิเตอร์ของคุณ

และใช่คุณยังไม่ได้ถาม แต่เมื่อคุณเปิดสวิตช์ครั้งแรกไฟกระชากกระแสเริ่มต้นอาจมีขนาดใหญ่

อย่างไรก็ตามความต้านทานที่มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อมอเตอร์สตาร์ท อุปกรณ์ได้รับการออกแบบให้มีคลื่นสั้นสั้นมากพอที่ฟิวส์จะไม่มีเวลาให้ความร้อนและละลาย

แม้ว่าในบางประเทศเช่นอเมริกาเหนือส่วนใหญ่คุณอาจสังเกตเห็นไฟบนวงจรเดียวกันสลัวสั้น ๆ เมื่อคุณเปิด "ฮูเวอร์"

อย่างไรก็ตามการทำให้มอเตอร์ติดขัดสามารถสร้างกระแสลมได้บ้าง เมื่อคุณจับขอบของพรมนั้นด้วยเครื่องดูดฝุ่นและมอเตอร์เริ่มเสียงหอน ... ปิด

มอเตอร์สร้างแรงดันไฟฟ้าตรงข้ามกับแหล่งกำเนิดกลับ EMF กฎของโอห์มทำงานได้ แต่ไม่ใช่แค่ความต้านทานและแรงดันไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดในสมการ

ทำไมกฎหมายของโอห์มจึงไม่ถือเครื่องดูดฝุ่น

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

กฎหมายทั้งหมดกฎหมายทางกายภาพทั้งหมดแน่นอนทำงานเฉพาะสำหรับการตั้งค่าเฉพาะที่กำหนดไว้อย่างดี กฎของโอห์ม (ในรูปแบบที่ง่ายที่สุดซึ่งเป็นสิ่งที่ถือว่ามัลติมิเตอร์) ทำงานให้กับตัวต้านทานเงียบสงบ มันเกิดขึ้นที่กาต้มน้ำทำตัวเหมือนตัวต้านทานในอุดมคติและแน่นอนว่าตัวต้านทานที่คุณใช้วงจรอิเล็กทรอนิกส์ก็ทำเช่นกัน ^‡แต่เบื้องต้นไม่มีเหตุผลที่จะคิดว่าองค์ประกอบที่ไม่รู้จักที่ให้มาควรปฏิบัติตามกฎของโอห์มเหมือนไม่มีเหตุผลที่จะคิดว่ากฎการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ของเคปเลอร์ควรถือไว้ในกาต้มน้ำของคุณ

เพียง แต่ในบางกรณีหนึ่งพบว่ากฎหมายที่ทำงานสำหรับบางวัตถุทางกายภาพจะออกมานอกจากนี้ยังมีการทำงานสำหรับวัตถุที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงB เหตุการณ์เหล่านั้นเป็นช่วงเวลาที่น่าตื่นเต้นในฟิสิกส์เช่นเมื่อ Einstein เสนอว่าLorentz invarianceซึ่งเป็นที่รู้จักกันครั้งแรกในฐานะสมบัติของกฎไฟฟ้ากระแสของ Maxwell ก็มีไว้สำหรับวัตถุขนาดใหญ่เช่นกัน ที่ว่านี้ทำนายเหตุผลเปิดออกมาเป็นความจริงเป็นสิ่งที่ทำให้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทางกายภาพที่เหมาะสมทฤษฎีเมื่อเทียบกับเพียงกฎหมายบางอย่างที่ชอบ - กฎของโอห์มซึ่งเป็นเพียงคำอธิบายของสิ่ง, ดี, ตัวต้านทานทำ

^† _{ดีในระดับกฎหมายของนิวตันทำของการทำงานแน่นอนสำหรับตัวต้านทาน: ถ้าคุณใช้พลังที่จะต้านทานนั้นก็จะสั้นมากเร่งจนข้อต่อประสานใช้เคาน์เตอร์แรงถือมันกลับมา กองกำลังทั้งหมดเข้าด้วยกันกฎของนิวตันจะถูกทำให้สมบูรณ์อีกครั้ง ในทำนองเดียวกันแม้แต่เครื่องดูดฝุ่นก็อาจจะเป็นไปตามกฎของโอห์มถ้าคุณคิดว่าการเหนี่ยวนำมอเตอร์เป็นอิมพิแดนซ์ / จินตนาการ สิ่งเหล่านี้ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยมัลติมิเตอร์ของคุณเช่นเดียวกับข้อต่อประสานที่ถือตัวต้านทานของคุณลงจะไม่ปรากฏแก่คนที่ชั่งน้ำหนักมันก่อนที่คุณจะรวมไว้ในวงจร}

^‡ _{แม้ว่านั่นจะไม่เป็นความจริง แต่อย่างใด: ความต้านทานตามจริงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิซึ่งได้รับอิทธิพลจากกระแส และมีผลกระทบที่ยุ่งยากมากขึ้นเช่นจอห์นสันเสียง ตัวต้านทานทำตามกฎของโอห์มไม่ได้เลย!}

กฎของโอห์มนั้นสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นความสัมพันธ์ที่แน่นอนเมื่อจัดการกับตัวต้านทานในอุดมคติหรือการประมาณค่าเมื่อต้องรับมือกับตัวต้านทานในอุดมคติหรือเป็นส่วนหนึ่งของชุด 'กฎหมาย' โดยรวมเมื่อจัดการกับตัวต้านทานรวมถึง "อย่างอื่น" หรือตัวต้านทาน รับผลกระทบอย่างมากจากสภาพแวดล้อมของพวกเขาในบางวิธี

กฎของโอห์มจะนำไปใช้กับสิ่งที่ตั้งใจจะนำไปใช้เสมอ -
นั่นคือตัวต้านทานที่ไม่แปรเปลี่ยน

หากมันไม่ได้ผลกับ 'สิ่ง' สิ่งนั้นไม่ใช่ตัวต้านทานแบบคงที่
มันอาจจะ

• ตัวต้านทานและตัวเหนี่ยวนำหรือ
• ตัวต้านทานที่ได้รับผลกระทบจากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้หรือ
• ปัจจุบันหรือ
• สนามไฟฟ้าหรือ
• ผลกระทบความร้อนหรือ
• ... .

ในกรณีของมอเตอร์เครื่องดูดฝุ่นคุณจะ "เห็น" ตัวเหนี่ยวนำสนามรวมกับตัวเหนี่ยวนำโรเตอร์รวมทั้งความต้านทานของทั้งคู่และความต้านทานสายไฟ AC ที่นำไปใช้มีแนวโน้มที่จะได้รับผลกระทบจากการเหนี่ยวนำมากกว่าความต้านทาน

_________________________

ต่อไปนี้เห็นได้ชัดว่างบโง่และอวดความรู้ (ซึ่งในความเป็นจริงอาจจะโง่และอวดความรู้ :-)) ยังคงเกิดขึ้นในการอธิบายสถานการณ์ที่แท้จริงของโลกโดยรวม:

• กฎหมายของ Ohms ใช้ได้กับทุกสิ่ง
• มันใช้ได้กับส่วนที่ทานเท่านั้น
• ทุกอย่างมีส่วนต้านทาน

• มีขนาดใหญ่มากในบางกรณี เช่น Tower Bridge ในลอนดอนประเทศอังกฤษมีความต้านทานซึ่งสามารถวัดได้จากสองจุดที่เลือกที่ปลายทั้งสอง มันอาจมีขนาดใหญ่มากแตกต่างกันไปอย่างต่อเนื่องและไม่ใช่สิ่งที่มีประโยชน์มากนัก

• เมื่อความต้านทานของวัตถุเปลี่ยนแปลงกฎของโอห์มก็ยังคงมีผลอยู่

มอเตอร์มีขดลวดและจึงมีการเหนี่ยวนำ การเหนี่ยวนำมักจะพยายามที่จะคัดค้านสาเหตุที่สร้างมันโดยการเคลื่อนกลับ มอเตอร์ยังมีความสามารถในการหมุน ดังนั้นมอเตอร์หมุนไปในทิศทางที่ตรงกันข้ามกับการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กหรือการทำให้โค้งเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของกระแสสลับ

ดังนั้นกระแส AC จะถูกขัดขวางทั้งด้านหลังแรงเคลื่อนไฟฟ้าและการหมุนของมอเตอร์ ดังนั้นแม้ว่าความต้านทานจะมีขนาดเล็ก แต่สิ่งกีดขวางในกระแสก็ยังสูง นี่คือเหตุผลที่กระแสไฟฟ้าดึงสูงมากเมื่อมอเตอร์ติดขัดและในขณะที่กำลังสตาร์ท (หยุดนิ่งโดยไม่มีการหมุนเพื่อป้องกันการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้า)