オームの法則が掃除機で機能しないのはなぜですか？

オームの法則について学び、家電製品のプラグ全体の抵抗をテストし、電流を計算しています。

たとえば、ケトルは22オーム（10.45アンペア）で、13 Aのヒューズで保護されています。

これは理にかなっており、私はそれで問題ありませんが、その後、13 Aヒューズを確実に飛ばすはずの29.8アンペアに相当する7.7オームの抵抗を持つ掃除機をテストしました。現在、ライブおよびニュートラルで同じ小さな抵抗値を示す2つの異なる掃除機をテストしました。

確かにこれは直接的な短絡ですが、うまく機能するので、抵抗は変化しますか？

測定した7.7オームは、モーターの巻線抵抗です。しかし、動作電流を決定する要因はそれだけではありません。

掃除機は、計算された30Aに近い瞬間に電力が供給されますが、モーターが回転し始めるとすぐに、電圧に逆らう速度に比例する電圧（逆起電力と呼ばれる）を生成し、正味電圧を低下させます巻線に電流を流します。モーターの速度が上がると、電流（したがってモーターによって生成されるトルク）が減少し、モーターによって生成されるトルクが負荷をその速度で駆動するのに必要なトルクと一致するポイントで速度が落ち着きます。

ヒューズがすぐに切れない。しかし、モーターを回転できないようにロックすると、そのヒューズは長持ちしません。

掃除機は抵抗ではなく、コンセントからの線間電圧はDC（直流）ではありません。オームの法則は抵抗器とDCに適用されます。オームの法則は、AC（交流）電源に接続されたモーターには直接適用されません。

モーターの場合、交流電流とインダクターの規則を検討する必要があります。彼らはあなたのケースにはるかに適用可能です。

「抵抗」はDC回路用です。ACで抵抗は依然として役割を果たしますが、AC回路には「リアクタンス」と呼ばれる別の特性もあります。「リアクタンス」は、次の公式に従って、インダクタンスとキャパシタンス、および周波数の変化によって提供されます。

X C =

ここで、（オームで）誘導性リアクタンスであり、X Cは（オームで）容量性リアクタンスであり、fは（ヘルツで）周波数であり、Lは、（ヘンリーで）インダクタンスであり、Cは（ファラド）で静電容量です。$X_L$$X_C$$f$$L$$C$

抵抗とリアクタンス（誘導性または容量性）が一緒になって、フォームの複雑な数になります

ここで、は抵抗、jは虚数（$R$$j$）、Xはリアクタンスです。結果の複素数は「インピーダンス」と呼ばれ、文字Zで示され、デバイスの現在の消費に影響します。オームの法則の任意の場所でRの代わりにZを使用できますが、機能しますが、複素数を使用して適切に計算する必要があります。しかし、モーターには、たとえば単なるインダクタンスよりもはるかに多くのものがあるため、少し難しくなります。巻線自体には容量と抵抗があるため、電流を正確に計算するために必要な変数をすべて見つけることは困難です。$\sqrt{-1}$$X$$Z$$Z$$R$

「それで抵抗は変化するのでしょうか？」

短い答えはイエスです...

長い答えはもっと複雑ですが、詳細と混同しないでください。

簡単に言えば、掃除機には磁気コイルが入っています。コイル、特にモーターは複雑な負荷ですであり、ケトルのような単純な抵抗ではありません。これらの負荷は、AC電源に特に敏感です。それは、マルチメーターで測定するDC抵抗よりもはるかに大きい「実効抵抗」を生成します。

そして、はい、あなたはまだ尋ねませんでしたが、最初にスイッチを入れたとき、最初の電流サージは大きくなる可能性があります。

ただし、モーターが起動すると、実効抵抗は非常に急速に増加します。アプライアンスは、サージが非常に短く、ヒューズが過熱して溶ける時間がないように十分に短くなるように設計されています。

北米の大部分のように、一部の国では、「フーバー」をオンにすると、同じ回路のライトが一時的に暗くなることがあります。

ただし、モーターを失速させると、いくつかの強い電流が発生します。掃除機でカーペットの端をつかみ、モーターが鳴り始めたら...オフにします。

モーターは、逆起電力源とは反対の電圧を生成します。したがって、オームの法則は機能しますが、式の抵抗と電源電圧だけではありません。

オームの法則が掃除機に当てはまらないのはなぜですか？

ニュートンの法則が抵抗に対して機能しないのと本質的に同じ理由で機能しません（力を加えた場合 $F$ 質量の抵抗器へ $m$回路にはんだ付けされると、抵抗は加速しません$a = F/m$、はんだ接合部がそれを保持するため）^†。または、さらにばかげた例として、同じ理由で、アシモフのロボット工学の法則は天体には機能しません。

All laws, certainly all physical laws, only work for a particular, well-defined setting. Ohm's law (in its simplest form, which is what a multimeter assumes) works for idealised resistors. It so happens that a water kettle behaves pretty much like an idealised resistor, and obviously the resistors you use electronic circuits do as well.^‡ But a priori, there's absolutely no reason to think a given, unknown component should obey Ohm's law, like there's no reason to assume that Kepler's laws of planetary motion should hold for your water kettle.

いくつかの場合にのみ、ある物理オブジェクトAに有効な法則が完全に異なるオブジェクトBにも有効であることがわかります。アインシュタインが、マックスウェルの電気力学の法則の特性として初めて知られたローレンツ不変性が質量体にも当てはまるとアインシュタインが提案したときのように、それらの発生は物理学における本当に刺激的な瞬間です。この不当な予測が真実であることが判明したことは、相対性理論を適切な物理理論にしたものであり、オームの法則のように、抵抗器が何をするのかという単なる法則ではありません。

^† _{まあ、レベルにニュートンの法則を行う抵抗のためのコースワークの：あなたはその抵抗に力を加えた場合、それはなりはんだ接合部が戻ってそれを保持する反力を適用するまで非常に簡単に加速します。すべての力が一緒になって、ニュートンの法則は再び満たされます。同様に、モーターのインダクタンスを余分な（想像上の）インピーダンス/リアクタンスと見なすと、掃除機でさえ一般的にオームの法則を満たします。抵抗器を押し付けているはんだ接合が、回路に組み込む前にそれを計量した人には見えないように、これらはマルチメータには見えません。}

^‡ _{しかし、それでも完全には真実ではありません。実際、抵抗は温度に依存し、これも電流の影響を受けます。そして、ジョンソンノイズのようなもっとトリッキーな効果があります。したがって、十分に教育的な意味では、抵抗器はオームの法則に従っていません！}

オームの法則は、理想的な抵抗器を扱うときの正確な関係、または抵抗器と「その他」または抵抗器を扱うときの理想的な抵抗器または「法則」の全体セットの一部を扱うときの近似と見なすことができます。環境によって何らかの形で大きな影響を受けます。

オームの法則は、適用対象となるもの、
つまり純粋な不変抵抗器に常に適用されます。

それが「モノ」に対して機能しない場合、そのモノは純粋な不変抵抗ではありません。
そうかも知れない

• 抵抗とインダクタンス、または
• 印加電圧の影響を受ける抵抗または
• 現在または
• 電界または
• 熱効果または
• ...。

掃除機用モーターの場合、フィールドインダクタ、ロータインダクタ、およびそれらの両方の抵抗と配線抵抗が「表示」されます。印加されるACは、抵抗よりもインダクタンスの影響を受ける傾向があります。

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次のように馬鹿げた、つまらない文（実際には、ばかげた、つまらないものかもしれません）：

• オームの法則はすべてに有効です。
• 抵抗部分にのみ適用されます。
• すべてに抵抗部分があります。

• 場合によっては非常に大きいです。たとえば、イギリスのロンドンのタワーブリッジには、両端の2つの選択ポイントから測定できる抵抗があります。それはおそらく非常に大きく、絶えず変化し、過度に有用な尺度ではありません。

• オブジェクトの抵抗が変化しても、オームの法則が適用されますが、抵抗が変化すると結果は変化します。

モーターにはコイルがあるため、インダクタンスがあります。インダクタンスは常に、逆起電力によってそれを引き起こす原因に反対しようとします。モーターには回転機能もあります。したがって、モーターは、磁場の変化に対抗する方向に回転するか、常に変化する交流に起因する正しい方向に回転します。

したがって、AC電流は、逆起電力とモーターの回転の両方によって妨害されます。したがって、抵抗は小さいものの、電流の流れに対する障害は大きくなります。これは、モーターが詰まっているとき、およびモーターが始動しているとき（最初は静止しているため、変化する電流をブロックする回転がない）、引き出される電流が非常に高い理由です。