Por que a lei de Ohm não funciona em aspiradores de pó?

Eu tenho aprendido sobre a lei de Ohm e testado a resistência através da tomada dos meus eletrodomésticos e calculado a corrente.

Por exemplo, minha chaleira tinha 22 ohms (10,45 amperes) e é protegida por um fusível de 13 A.

Isso faz sentido, e eu estou bem com isso, mas testei o aspirador de pó, que tinha uma resistência de 7,7 ohms, o que equivale a 29,8 amperes, o que certamente deve queimar o fusível de 13 A, mas não. Agora testei dois aspiradores de pó diferentes, que apresentam a mesma pequena leitura de resistência ao vivo e neutro.

Certamente isso seria um curto direto, mas funciona bem, assim como a resistência muda ou o quê?

Os 7,7 ohms que você mediu são a resistência do motor ao enrolamento. Mas esse não é o único fator que determina sua corrente operacional.

O seu aspirador de pó pode se aproximar dos 30A calculados quando a energia instantânea é aplicada, mas assim que o motor começa a girar, ele gera uma tensão proporcional à velocidade (chamada de back emf) que se opõe à tensão aplicada, diminuindo a tensão líquida disponível para conduzir a corrente através dos enrolamentos. À medida que a velocidade do motor aumenta, a corrente (e, portanto, o torque produzido pelo motor) diminui e a velocidade se estabelece no ponto em que o torque produzido pelo motor corresponde ao torque necessário para conduzir a carga nessa velocidade.

Fusíveis não explodem instantaneamente. Mas se você travasse o motor para que ele não pudesse girar, esse fusível não duraria muito.

Um aspirador de pó não é um resistor e a tensão da linha da tomada não é CC (corrente contínua) . A lei de Ohm se aplica a resistores e CC. A lei de Ohm não se aplica diretamente ao seu motor conectado a uma fonte CA (corrente alternada) .

Para motores, você precisa examinar as regras para corrente alternada e indutores. Eles são muito mais aplicáveis ​​ao seu caso.

"Resistência" é para circuitos CC. Enquanto a resistência ainda desempenha um papel na corrente alternada, também há outra característica para os circuitos de corrente alternada denominada "Reatância", que é efetivamente apenas resistência à corrente alternada. A "reatância" é fornecida pela indutância e capacitância e muda com a frequência, de acordo com as seguintes fórmulas:

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

Juntas, resistência e reatância (indutiva ou capacitiva) tornam-se um número complexo da forma

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

"Então a resistência muda ou o quê?"

A resposta curta é sim...

A resposta longa é muito mais complexa, mas não vou confundir você com os detalhes.

Em uma casca de noz, seu aspirador tem bobinas magnéticas. Bobinas e especialmente motores são cargas complexas , não apenas resistivas como sua chaleira. Essas cargas são especialmente sensíveis à energia CA. Isso produz uma "resistência efetiva" MUITO, MUITO maior que a resistência CC que você mede com seu multímetro.

E sim, você ainda não pediu, mas quando você o liga pela primeira vez, o pico inicial de corrente pode ser GRANDE.

No entanto, a resistência efetiva aumenta muito rapidamente à medida que o motor arranca. O aparelho foi projetado para que a oscilação seja muito curta, curta o suficiente para que o fusível não tenha tempo para aquecer e derreter.

Embora em alguns países, como na maioria da América do Norte, você possa notar que as luzes no mesmo circuito diminuem rapidamente quando você liga o "aspirador".

Parar o motor CAN, no entanto, cria algumas correntes fortes. Quando você pegar a borda desse tapete com o vácuo e o motor começar a gemer ... desligue-o.

Os motores criam uma tensão oposta à fonte, Back EMF. Portanto, a lei de Ohm funciona, mas não é apenas a resistência e a tensão da fonte na equação.

Por que a lei de Ohm não se aplica aos aspiradores de pó?

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

Todas as leis, certamente todas as leis físicas , funcionam apenas para um cenário específico e bem definido. A lei de Ohm (em sua forma mais simples, que é o que um multímetro assume) funciona para resistores idealizados . Acontece que uma chaleira de água se comporta como um resistor idealizado e, obviamente, os resistores que você usa circuitos eletrônicos também. ^‡ Mas, a priori, não há absolutamente nenhuma razão para pensar que um componente desconhecido deva obedecer à lei de Ohm, como não há razão para supor que as leis de Kepler do movimento planetário devam valer para a chaleira.

Apenas em alguns casos, um descobre que uma lei que funciona para alguns objeto físico Um acaba por também trabalhar para uma completamente diferente objeto B . Essas incidências são os momentos realmente empolgantes da física, como quando Einstein propôs que a invariância de Lorentz , conhecida apenas como propriedade das leis da eletrodinâmica de Maxwell, também vale para corpos maciços. Que esta previsão injustificada acabou por ser verdade é o que faz a teoria da relatividade um físico adequado teoria , ao invés de apenas alguma lei - como a lei de Ohm, que é apenas uma descrição do que, bem, resistores fazer.

^† _{Bem, em um nível as leis de Newton fazer do trabalho de curso para resistores: se você aplicar uma força a um que resistor, ele vai acelerar muito brevemente até que as juntas de solda aplicar uma contra-força de retenção de volta. Todas as forças juntas, a lei de Newton é novamente cumprida. Da mesma forma, mesmo um aspirador de pó pode realmente, de um modo generalizado, cumprir a lei de Ohm, se você considerar as indutâncias do motor como impedâncias / reatâncias extras (imaginárias). Elas não são visíveis para o seu multímetro, assim como as juntas de solda que mantêm o resistor pressionado não são visíveis para quem pesou antes de você incluí-lo no circuito.}

^‡ _{Mesmo que isso não seja completamente verdade: de fato, a resistência depende da temperatura, que também é influenciada pela corrente; e há efeitos mais complicados, como o ruído Johnson . Num sentido suficientemente pedante, os resistores não obedecem à lei de Ohm!}

A lei de Ohm pode ser considerada uma relação exata ao lidar com resistores ideais, ou uma aproximação ao lidar com resistores não ideais ou parte de um conjunto geral de 'leis' ao lidar com resistores mais "outra coisa" ou com resistores que são significativamente afetados pelo meio ambiente.

A lei de Ohm sempre se aplica às coisas às quais se aplica -
ie aos resistores invariantes puros.

Se não funcionar para uma "coisa", então a coisa não é um resistor invariante puro.
Pode ser

• um resistor mais indutância, ou
• um resistor afetado pela tensão aplicada ou
• atual ou
• campo elétrico ou
• efeitos térmicos ou
• ...

No caso de um motor de aspirador de pó, você "vê" um indutor de campo, mais um indutor de rotor, mais a resistência de ambos e mais alguma resistência de fiação. A CA aplicada tende a ser mais afetada pela indutância do que pela resistência.

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As seguintes declarações aparentemente estúpidas e pedantes (que podem ser estúpidas e pedantes :-)) ainda explicam bem a situação geral do mundo real:

• A lei de Ohms funciona para tudo.
• Aplica-se apenas à parte resistiva.
• Tudo tem uma parte resistiva.

• É MUITO grande em alguns casos. por exemplo, Tower Bridge, em Londres, na Inglaterra, tem uma resistência que pode ser medida a partir de dois pontos escolhidos em cada extremidade. Provavelmente é imensamente grande, varia continuamente e não é uma medida excessivamente útil de nada.

• Quando a resistência de um objeto muda, a lei de Ohms ainda se aplica, mas o resultado varia conforme a resistência muda.

Um motor tem bobinas e, portanto, possui indutância. A indutância sempre tenta se opor à causa que a produz por volta emf. O motor também tem a capacidade de girar. Portanto, o motor gira em uma direção que se opõe à mudança no campo magnético ou na corrente devido a uma constante mudança de corrente alternada.

Portanto, a corrente CA é obstruída tanto pela fem traseira quanto pelo giro do motor. Assim, embora a resistência seja pequena, a obstrução ao fluxo de corrente é alta. Esta é a razão pela qual a corrente consumida é muito alta quando o motor está congestionado e durante a partida (inistialmente em repouso, portanto, não há rotação para bloquear a mudança de corrente).