Pourquoi la loi d'Ohm ne fonctionne-t-elle pas pour les aspirateurs?

J'ai étudié la loi d'Ohm, testé la résistance de mes appareils électroménagers et calculé le courant.

Par exemple, ma bouilloire mesurait 22 ohms (10,45 ampères) et est protégée par un fusible de 13 ampères.

Cela a du sens, et je suis d’accord avec cela, mais j’ai ensuite testé l’aspirateur d’une résistance de 7,7 ohms, ce qui équivaut à 29,8 ampères, ce qui devrait sûrement faire sauter le fusible 13 A, mais ce n’est pas le cas. J'ai maintenant testé deux aspirateurs différents qui ont la même petite résistance lue sur le direct et le neutre.

Ce serait sûrement un court métrage direct, mais cela fonctionne bien, alors la résistance change-t-elle ou quoi?

Les 7,7 ohms que vous avez mesurés est la résistance d’enroulement du moteur. Mais ce n'est pas le seul facteur qui détermine son courant de fonctionnement.

Votre aspirateur peut s’approcher de la valeur calculée de 30A dès que l’alimentation instantanée est appliquée, mais dès que le moteur commence à tourner, il génère une tension proportionnelle à la vitesse (appelée «contre-force») qui s’oppose à la tension appliquée, diminuant ainsi la tension nette. disponible pour conduire le courant à travers les enroulements. Lorsque la vitesse du moteur augmente, le courant (et donc le couple produit par le moteur) diminue et la vitesse se stabilise au point où le couple produit par le moteur correspond au couple requis pour entraîner la charge à cette vitesse.

Les fusibles ne sautent pas instantanément. Mais si vous verrouillez le moteur pour qu'il ne puisse pas tourner, ce fusible ne durera pas longtemps.

Un aspirateur n'est pas une résistance et la tension secteur de la prise n'est pas continue (courant continu) . La loi d'Ohm s'applique aux résistances et aux CC. La loi d'Ohm ne s'applique pas directement à votre moteur connecté à une source de courant alternatif .

Pour les moteurs, vous devez vous familiariser avec les règles du courant alternatif et des inductances. Ils sont beaucoup plus applicables à votre cas.

"Résistance" concerne les circuits à courant continu. Alors que la résistance joue toujours un rôle dans le courant alternatif, il existe également une autre caractéristique appelée "Reactance" dans les circuits de courant alternatif, qui consiste en réalité en une simple résistance au courant alternatif. La "réactance" est fournie par l'inductance et la capacité et change avec la fréquence, selon les formules suivantes:

X C =

où est une réactance inductive (en ohms), X C est une réactance capacitive (en ohms), f est la fréquence (en Hertz), L est l'inductance (en Henrys) et C est la capacité (en Farads).$X_L$$X_C$$f$$L$$C$

Ensemble, la résistance et la réactance (inductive ou capacitive) deviennent un nombre complexe de la forme

où est la résistance, j est un nombre imaginaire ($R$$j$ ), etXest la réactance. Le nombre complexe résultant est appelé "impédance", désigné par la lettreZ, qui affecte le tirage en cours de votre appareil. Vous pouvez utiliserZà la place deRn'importe où dans la loi d'Ohm et cela fonctionnera, mais vous devez faire le calcul correctement avec les nombres complexes. C'est un peu plus difficile, cependant, car un moteur ne se limite pas à une simple inductance, par exemple. Les enroulements eux-mêmes ont une capacité et une résistance, il peut donc être difficile de trouver toutes les variables nécessaires pour calculer avec précision le courant.$\sqrt{-1}$$X$$Z$$Z$$R$

"Alors est-ce que la résistance change ou quoi?"

La reponse courte est oui...

Réponse longue est beaucoup plus complexe, mais je ne vais pas vous confondre avec les détails.

En bref, votre aspirateur a des bobines magnétiques. Les bobines et surtout les moteurs sont des charges complexes , pas simplement résistives comme votre bouilloire. Ces charges sont particulièrement sensibles au courant alternatif. Cela produit une "résistance effective" qui est BEAUCOUP, BEAUCOUP supérieure à la résistance CC que vous mesurez avec votre multimètre.

Et oui, vous n'avez pas encore demandé, mais lorsque vous l'allumez pour la première fois, la surtension initiale peut être GRANDE.

Cependant, la résistance effective augmente très rapidement au démarrage du moteur. L'appareil est conçu pour que la surtension soit très courte, suffisamment courte pour que le fusible n'ait pas le temps de chauffer et de fondre.

Cependant, dans certains pays, comme dans la plupart des pays d’Amérique du Nord, vous remarquerez peut-être que les lumières du même circuit s’éteignent brièvement lorsque vous allumez le "aspirateur".

Caler le moteur PEUT cependant créer des courants intenses. Lorsque vous attrapez le bord de ce tapis avec l'aspirateur et que le moteur commence à gémir ... éteignez-le.

Les moteurs créent une tension opposée à la source, Back EMF. La loi d'Ohm fonctionne donc, mais il ne s'agit pas simplement de résistance et de tension source dans l'équation.

Pourquoi la loi d'Ohm ne s'applique-t-elle pas aux aspirateurs?

Cela ne fonctionne pas essentiellement pour la même raison que les lois de Newton ne fonctionnent pas pour les résistances (si vous appliquez une force $F$ à une résistance de masse $m$qui se trouve être soudé dans un circuit, la résistance ne va pas accélérer avec$a = F/m$, car les joints de soudure le retiendront) ^† . Ou, pour un exemple encore plus absurde, pour la même raison, les lois de la robotique d'Asimov ne fonctionnent pas pour les corps célestes.

Toutes les lois, certainement toutes les lois physiques , ne fonctionnent que pour un environnement particulier et bien défini. La loi d'Ohm (dans sa forme la plus simple, comme le suppose un multimètre) fonctionne pour les résistances idéalisées . Il se trouve qu'une bouilloire se comporte assez bien comme une résistance idéalisée, de même que les résistances que vous utilisez avec des circuits électroniques. ^‡ Mais à priori, il n’ya absolument aucune raison de penser qu’une composante donnée inconnue devrait obéir à la loi d’Ohm, comme il n’ya aucune raison de supposer que les lois de Kepler sur le mouvement planétaire devraient s’appliquer à votre bouilloire.

Seulement dans quelques cas, on trouve qu'une loi qui fonctionne pour un objet physique A se révèle également travailler pour un tout autre objet B . Ces incidents sont les moments les plus excitants de la physique, comme quand Einstein proposa que l'invariance de Lorent , qui n'était connue que comme une propriété des lois de Maxwell sur l'électrodynamique, s'applique également aux corps massifs. Que cette prédiction injustifiée avéré être vrai est ce qui fait la théorie de la relativité d' un physique correcte de la théorie , par opposition à une loi juste - comme la loi d'Ohm, qui est juste une description de ce que, eh bien, les résistances font.

^† _{Eh bien, au niveau des lois de Newton faire des travaux de cours pour les résistances: si vous appliquez une force à une résistance qui, il va accélérer très brièvement jusqu'à ce que les joints de soudure appliquent une contre-force de maintien en arrière. Toutes forces réunies, la loi de Newton est alors à nouveau remplie. De même, même un aspirateur peut en réalité, dans un sens généralisé, respecter la loi d'Ohm si vous considérez les inductances du moteur comme des impédances / réactances supplémentaires (imaginaires). Celles-ci ne sont tout simplement pas visibles par votre multimètre, tout comme les joints de soudure retenant votre résistance ne sont pas visibles par le gars qui l’a pesée avant de l’inclure dans le circuit.}

^‡ _{Même si ce n’est pas tout à fait vrai, la résistance dépend en fait de la température, qui est également influencée par le courant; et il y a des effets plus délicats comme le bruit de Johnson . Dans un sens suffisamment pédant, les résistances n'obéissent donc pas à la loi d'Ohm!}

La loi d'Ohm peut être considérée soit comme une relation exacte lorsqu'il s'agit de résistances idéales, soit comme une approximation lorsqu'il s'agit de résistances non idéales ou comme faisant partie d'un ensemble global de "lois" lorsqu'il s'agit de résistances plus "autre chose" ou de résistances qui sont significativement affectés par leur environnement d’une certaine manière.

La loi d'Ohm s'applique toujours aux choses auxquelles elle est censée s'appliquer, à
savoir les résistances invariantes pures.

Si cela ne fonctionne pas pour une "chose", alors ce n'est pas une simple résistance invariante.
C'est possible

• une résistance plus une inductance, ou
• une résistance affectée par la tension appliquée ou
• actuel ou
• champ électrique ou
• effets thermiques ou
• ...

Dans le cas d'un moteur d'aspirateur, vous "voyez" un inducteur de champ, un inducteur de rotor, la résistance de ceux-ci et une certaine résistance de câblage. Le courant alternatif appliqué a tendance à être plus affecté par l'inductance que par la résistance.

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Les déclarations suivantes apparemment stupides et pédantes (qui peuvent en fait être stupides et pédantes :-)), arrivent encore à bien expliquer la situation réelle dans le monde réel:

• La loi Ohms fonctionne pour tout.
• Cela ne s'applique qu'à la partie résistive.
• Tout a une partie résistive.

• C'est TRÈS grand dans certains cas. Par exemple, Tower Bridge à Londres, Angleterre a une résistance qui peut être mesurée à partir de deux points choisis à chaque extrémité. Il est probablement extrêmement vaste, varie continuellement et n’est pas une mesure extrêmement utile de rien.

• Lorsque la résistance d'un objet change, la loi d'Ohm s'applique toujours, mais le résultat varie en fonction de la résistance.

Un moteur a des bobines et possède donc une inductance. L'inductance essaie toujours de s'opposer à la cause qui la produit en retour. Le moteur a également la capacité de tourner. Par conséquent, le moteur tourne dans une direction qui s'oppose au changement de champ magnétique ou de courant dû au courant alternatif en constante évolution.

Par conséquent, le courant alternatif est obstrué à la fois par le dos et par la rotation du moteur. Ainsi, bien que la résistance soit faible, l'obstruction au flux de courant est élevée. C’est la raison pour laquelle le courant consommé est très élevé lorsque le moteur est bloqué et pendant son démarrage (au repos, donc pas de rotation pour bloquer le courant de changement).