Mengapa hukum Ohm tidak berfungsi untuk penyedot debu?

Saya telah belajar tentang hukum Ohm dan menguji hambatan di ujung steker peralatan rumah tangga saya dan menghitung arus.

Misalnya, ketel saya 22 ohm (10,45 ampere) dan dilindungi oleh sekering 13 A.

Ini masuk akal, dan saya baik-baik saja dengan itu, tetapi kemudian saya menguji penyedot debu yang memiliki ketahanan 7,7 ohm yang setara dengan 29,8 ampere yang pastinya akan meledakkan sekering 13 A, tetapi tidak. Saya sekarang telah menguji dua penyedot debu yang berbeda yang memiliki resistansi kecil yang sama di seluruh hidup dan netral.

Tentunya ini akan menjadi kekurangan langsung, tetapi berfungsi dengan baik, jadi apakah resistensi berubah atau apa?

7,7 ohm yang Anda ukur adalah hambatan belitan motor. Tapi itu bukan satu-satunya faktor yang menentukan arus operasinya.

Penyedot debu Anda mungkin mendekati 30A yang dihitung saat daya instan diterapkan, tetapi segera setelah motor mulai berputar, itu menghasilkan tegangan yang sebanding dengan kecepatan (disebut ggl kembali) yang berlawanan dengan tegangan yang diberikan, mengurangi tegangan bersih tersedia untuk mengarahkan arus melalui belitan. Ketika kecepatan motor meningkat, arus (dan karenanya torsi yang dihasilkan oleh motor) berkurang, dan kecepatan mengendap pada titik di mana torsi yang dihasilkan oleh motor cocok dengan torsi yang diperlukan untuk menggerakkan beban pada kecepatan itu.

Sekering tidak meledak secara instan. Tetapi jika Anda mengunci motor sehingga tidak bisa berputar, sekring itu tidak akan bertahan lama.

Penyedot debu bukanlah penghambat, dan tegangan saluran dari stopkontak bukan DC (Direct Current) . Hukum Ohm berlaku untuk resistor dan DC. Hukum Ohm tidak secara langsung berlaku untuk motor Anda yang terhubung ke sumber AC (Alternating Current) .

Untuk motor, Anda perlu melihat aturan untuk arus bolak-balik dan induktor. Mereka jauh lebih berlaku untuk kasus Anda.

"Perlawanan" untuk sirkuit DC. Sementara resistensi masih berperan dalam AC, ada juga karakteristik lain untuk rangkaian AC yang disebut "Reactance", yang secara efektif hanya resistensi terhadap arus bolak-balik. "Reactance" disediakan oleh induktansi dan kapasitansi dan perubahan dengan frekuensi, sesuai dengan rumus berikut:

X C =

di mana adalah reaktansi induktif (dalam ohm), X C adalah reaktansi kapasitif (dalam ohm), f adalah frekuensi (dalam Hertz), L adalah induktansi (dalam Henry) dan C adalah kapasitansi (dalam Farad).$X_L$$X_C$$f$$L$$C$

Bersama-sama, perlawanan dan reaktansi (apakah induktif atau kapasitif) menjadi sejumlah bentuk yang kompleks

di mana adalah hambatan, j adalah angka imajiner ( $R$$j$$\sqrt{-1}$$X$$Z$$Z$$R$

"Jadi, apakah perlawanan berubah atau apa?"

Jawaban singkatnya adalah ya ...

Jawaban panjang jauh lebih kompleks, tetapi saya tidak akan membingungkan Anda dengan detailnya.

Dalam kulit kacang, penyedot debu Anda memiliki gulungan magnet di dalamnya. Gulungan dan terutama motor adalah beban yang kompleks , tidak hanya resistif seperti ketel Anda. Beban ini sangat sensitif terhadap daya AC. Itu menghasilkan "resistensi efektif" yang JAUH, JAUH lebih besar dari resistansi DC yang Anda ukur dengan multi-meter Anda.

Dan ya, Anda belum bertanya, tetapi ketika Anda pertama kali mengaktifkannya, lonjakan awal saat ini bisa jadi BESAR.

Namun, resistansi efektif sangat cepat meningkat ketika motor dinyalakan. Alat dirancang sedemikian rupa sehingga lonjakannya sangat pendek, cukup pendek sehingga sekering tidak punya waktu untuk memanas dan meleleh.

Meskipun di beberapa negara, seperti sebagian besar Amerika Utara, Anda mungkin melihat lampu di sirkuit yang sama redup sebentar ketika Anda menyalakan "hoover".

Akan tetapi, menghentikan motor BISA, membuat beberapa arus gemuk. Ketika Anda menangkap tepi karpet itu dengan ruang hampa udara dan motor mulai merengek ... matikan.

Motor menciptakan tegangan yang berlawanan dengan sumbernya, Back EMF. Jadi hukum Ohm bekerja, tetapi bukan hanya hambatan dan sumber tegangan dalam persamaan.

Why does Ohm's law not hold for vacuum cleaners?

It doesn't work for essentially the same reason Newton's laws don't work for resistors (if you apply a force $F$ to a resistor of mass $m$ which happens to be soldered into a circuit, the resistor will not accelerate with $a = F/m$, as the solder joints will hold it back)^†. Or, as an even more absurd example, for the same reason Asimov's laws of robotics don't work for celestial bodies.

Semua hukum, tentu saja semua hukum fisik , hanya berfungsi untuk pengaturan tertentu yang didefinisikan dengan baik. Hukum Ohm (dalam bentuknya yang paling sederhana, yang diasumsikan oleh multimeter) bekerja untuk resistor ideal . Kebetulan bahwa ketel air berperilaku sangat mirip dengan resistor ideal, dan tentu saja resistor yang Anda gunakan juga menggunakan sirkuit elektronik. ^‡ Tapi apriori, sama sekali tidak ada alasan untuk berpikir bahwa komponen yang diberikan dan tidak dikenal harus mematuhi hukum Ohm, seperti tidak ada alasan untuk berasumsi bahwa hukum gerak planet Kepler harus berlaku untuk ketel air Anda.

Hanya dalam beberapa kasus, salah satu temuan bahwa hukum yang bekerja untuk beberapa objek fisik A ternyata juga bekerja untuk objek yang sama sekali berbeda B . Insiden-insiden itu adalah momen-momen yang sangat menarik dalam fisika, seperti ketika Einstein mengusulkan bahwa invarian Lorentz , yang pertama kali hanya dikenal sebagai properti hukum elektrodinamika Maxwell, juga berlaku untuk benda besar. Bahwa ini prediksi beralasan ternyata benar adalah apa yang membuat relativitas teori fisik yang tepat teori , dibandingkan dengan hanya beberapa hukum - seperti hukum Ohm, yang hanya deskripsi dari apa, baik, resistor lakukan.

^† _{Nah, pada tingkat hukum Newton melakukan tentu saja bekerja untuk resistor: jika Anda menerapkan gaya ke resistor itu, akan sangat singkat mempercepat sampai sendi solder menerapkan counter-force memegang kembali. Semua kekuatan bersama-sama, hukum Newton adalah sekali lagi terpenuhi. Demikian pula, bahkan penyedot debu sebenarnya dapat secara umum memenuhi hukum Ohm, jika Anda menganggap induktansi motor sebagai impedansi / reaktansi ekstra (imajiner). Itu tidak terlihat oleh multimeter Anda, seperti sambungan solder yang menahan resistor Anda tidak terlihat oleh orang yang menimbangnya sebelum Anda memasukkannya ke dalam rangkaian.}

^‡ _{Meskipun itu tidak sepenuhnya benar: pada kenyataannya resistensi tergantung pada suhu, yang juga dipengaruhi oleh arus; dan ada efek yang lebih rumit seperti kebisingan Johnson . Dalam pengertian yang cukup bertele-tele, resistor dengan demikian tidak mematuhi hukum Ohm!}

Hukum Ohm dapat dianggap sebagai hubungan yang tepat ketika berhadapan dengan resistor ideal, atau perkiraan ketika berhadapan dengan resistor non ideal atau bagian dari keseluruhan 'hukum "ketika berhadapan dengan resistor ditambah" sesuatu yang lain "atau dengan resistor yang secara signifikan dipengaruhi oleh lingkungan mereka dalam beberapa cara.

Hukum Ohm selalu berlaku untuk hal-hal yang dimaksudkan untuk diterapkan -
yaitu untuk resistor invarian murni.

Jika tidak bekerja untuk 'sesuatu' maka masalahnya bukanlah resistor invarian murni.
Itu mungkin

• sebuah resistor plus induktansi, atau
• sebuah resistor yang dipengaruhi oleh tegangan yang diberikan atau
• saat ini atau
• medan listrik atau
• efek termal atau
• ...

Dalam kasus motor penyedot debu Anda "melihat" sebuah induktor lapangan, ditambah induktor rotor, ditambah resistansi keduanya ditambah beberapa resistansi kabel. AC yang diterapkan cenderung lebih dipengaruhi oleh induktansi daripada oleh resistansi.

_________________________

Berikut ini rupanya pernyataan bodoh dan bertele-tele (yang mungkin sebenarnya menjadi bodoh dan bertele-tele :-)), masih terjadi untuk menjelaskan situasi dunia nyata secara keseluruhan baik:

• Hukum ohm bekerja untuk semuanya.
• Ini hanya berlaku untuk bagian resistif.
• Semuanya memiliki bagian yang resistif.

• Ini SANGAT besar dalam beberapa kasus. misal Tower Bridge di London Inggris memiliki hambatan yang dapat diukur dari dua titik yang dipilih di kedua ujungnya. Ini mungkin sangat besar, bervariasi terus menerus dan bukan ukuran yang terlalu berguna.

• Ketika resistensi dari suatu objek berubah, hukum Ohm masih berlaku tetapi hasilnya bervariasi ketika resistensi berubah.

Motor memiliki kumparan dan karenanya memiliki induktansi. Induktansi selalu mencoba menentang penyebab memproduksinya dengan back emf. Motor juga memiliki kemampuan memutar. Karenanya motor berputar ke arah yang menentang perubahan medan magnet atau arus akibat perubahan arus bolak-balik.

Oleh karena itu arus AC terhambat oleh ggl kembali dan putaran motor. Jadi meskipun resistansi kecil, halangan terhadap aliran arus tinggi. Ini adalah alasan bahwa arus yang ditarik sangat tinggi ketika motor macet dan saat motor menyala (secara diam-diam tidak ada rotasi untuk menghalangi perubahan arus).