Формула полного расчета закона Ома для цепей постоянного и переменного токов

Закон Ома – простой и мощный математический инструмент, помогающий анализировать электрические схемы. Он лучше всего используется для понимания взаимосвязи между временными характеристиками цепи. Однако ему присущи некоторые ограничения. Следует понимать подобные ограничения, чтобы правильно использовать правило в реальных схемах.

Классическая формула закона Ома

Согласно данному канону, ток увеличивается с увеличением напряжения. При фиксированном напряжении изменение сопротивления приводит к обратно пропорциональному изменению тока. Данное правило справедливо для сети только с активным сопротивлением.

Для информации. К этому принципу физики должно быть «конститутивное отношение», означающее только предположение, что некоторые материалы или даже вакуум поддерживают линейную вольт-амперную характеристику цепи. На самом же деле этого не может быть, поскольку нет такого понятия, как чистое сопротивление. Имеется в виду просто математическое упрощение. Каждому реальному резистору свойственна небольшая реальная индуктивность и емкость, и связанное с ними … сопротивление изменяется с температурой.

Закон Ома

Для участка контура

Фундаментальное правило физики имеет формулировку для цепей постоянного тока и не сопровождается нелинейными нагрузками, такими как транзисторы, диоды, конденсаторы. Переменный ток подчиняется данному правилу, но вместо известной формулы:

I = U/ R, где:

• I – ток через проводник в единицах «ампер»,
• U – напряжение, измеренное через проводник в единицах «вольт»,
• R – противодействующее сопротивление проводника в единицах «Ом»;

используется формула для расчета:

I = U / Z, где:

Z – импеданс контура.

Импеданс – это противодействие потоку электрических зарядов.

Физические параметры в контуре с активным сопротивлением

Линейная зависимость, описываемая данной функцией, на самом деле является исключением в природе. Закон применяется только при довольно ограниченном наборе условий (постоянной температуре, металлических проводниках с постоянными напряжениями).

В действительности вольт-амперное соотношение внутри физического материала обычно сложное и нелинейное. Различные нелинейные математические модели могут применяться только при четко определенных диапазонах напряжений, полярностях и температурах.

Параметры контура с реактивным сопротивлением

Для различных цепей

Когда резисторы (или лампочки) подключаются последовательно (серия), один и тот же ток проходит через каждый из них. При параллельной проводке токи не связаны друг с другом и определяются значением каждого резистора. В каждом случае величина тока определяется законом Ома:

• для последовательной схемы сопротивления складываются вместе,
• для параллельной схемы они берутся отдельно, и суммируется ток.

Математика последовательных соединений проще. Сопротивления в параллельных или более сложных конфигурациях требуют сведения к одному значению сопротивления.

Закон Ома для различных типовых цепей

Для высокого напряжения

Найти объекты, которые эмулируют резисторы на очень высокой частоте, довольно трудно. Если построить график U / I, то у большинства материалов под высоким напряжением графическая характеристика будет представлена непрямой линией. Такие материалы не подчиняются классическому закону физики.

Если есть возможность определить мгновенные значения для напряжения V и сопротивления R, то можно рассчитать мгновенный переменный ток. Получить такую величину весьма нелегко, и, следовательно, используются другие подходы, такие, как расчет по формуле со значениями реактивных составляющих и импеданса. Если амплитуда синусоиды сигнала от пика до пика находится в линейном диапазоне, то этот материал подчиняется закону Ома.

Основной закон физики для высокого напряжения

Важно! При высокой температуре закон Ома неприменим, потому что с увеличением температуры с течением времени сопротивление возрастает, из-за чего линейная зависимость между напряжением и током (как описано законом Ома) больше не существует. И ток начинает уменьшаться только из-за прироста сопротивления проводника.

Закон Ома для полной цепи

Замкнутый электрический контур делится на внешний и внутренний участки. Первый включает в себя разные сопротивления нагрузки, второй – сопротивление источника тока. В цепи ток течет как по внешнему и внутреннему контуру цепи.

Формула расчета физических параметров для полной цепи будет следующая:

I = E/R+r, где:

• E – ЭДС источника,
• R – сопротивление нагрузки,
• r – сопротивление источника тока.

Из данного соотношения видно, что, когда внешнее сопротивление становится меньше внутреннего, получается короткое замыкание.

Для информации. Закон Ома для переменного тока называется так из-за его формальной математической аналогии с основным правилом физики. По своей сути, это не должно противоречить канону физики, хотя под ним подразумеваются более сложные физические отношения.

Закон Ома для цепи переменного тока трактуется в иных формулах, нежели для постоянного тока. Поскольку в схеме имеются некоторые распределенные емкость и индуктивность, то правило физики формулируется в терминах импеданса, комплекснозначной функции частоты. Это позволяет охватить большинство случаев.

Видео

Оцените статью:

Как читается закон ома для участка цепи — MOREREMONTA

Немецкий физик Георг Симон Ом (1787—1854) открыл основной закон электрической цепи.

Закон Ома для участка цепи:

Определение: Cила тока I на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению U на концах участка и обратно пропорциональна его сопротивлению R.

1. I — сила тока (в системе СИ измеряется — Ампер)
2. Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
3. Формула: I=frac
4. U — напряжение (в системе СИ измеряется — Вольт)

Падение напряжения на участке проводника равно произведению силы тока в проводнике на сопротивление этого участка.

Формула: U=IR

R— электрическое сопротивление (в системе СИ измеряется — Ом).

Электрическое сопротивление R это отношение напряжения на концах проводника к силе тока, текущего по проводнику.

Формула R=frac

Определение единицы сопротивления — Ом

1 Ом представляет собой электрическое сопротивление участка проводника, по которому при напряжении 1(Вольт) протекает ток 1 (Ампер).

Закон Ома для полной цепи

Определение: Сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника

Формула I=frac <varepsilon>

• varepsilon — ЭДС источника напряжения, В;
• I — сила тока в цепи, А;
• R — сопротивление всех внешних элементов цепи, Ом;
• r — внутреннее сопротивление источника напряжения,
  Ом.

Как запомнить формулы закона Ома

Треугольник Ома поможет запомнить закон. Нужно закрыть искомую величину, и два других символа дадут формулу для её вычисления.

.

• U — электрическое напряжение;
• I — сила тока;
• P — электрическая мощность;
• R — электрическое сопротивление

Смотри также:

Для закрепления своих знаний решай задания и варианты ЕГЭ по физике с ответами и пояснениями.

Скажу сразу, что закон Ома – основной закон электротехники и применяется для расчета таких величин, как: ток, напряжение и сопротивление в цепи.

Рассмотрим электрическую цепь, приведенную на рисунке 1.

Рисунок 1. Простейшая цепь, поясняющея закон Ома.

Мы знаем, что электрический ток, то есть поток электронов, возникает в цепи между двумя точками (на рисунке А и Б) с разными потенциалами. Тогда следует считать, что чем больше разность потенциалов, тем большее количество электронов переместятся из точки с низким потенциалом (Б) в точку с высоким потенциалом (А). Количественно ток выражается суммой зарядов прошедших через заданную точку и увеличение разности потенциалов, то есть приложенного напряжения к резистору R, приведет к увеличению тока через резистор.

С другой стороны сопротивление резистора противодействует электрическому току. Тогда следует сказать, что чем больше сопротивление резистора, тем меньше будет средняя скорость электронов в цепи, а это ведет к уменьшению тока через резистор.

Совокупность двух этих зависимостей (тока от напряжения и сопротивления) известна как закон Ома для участка цепи и записывается в следующем виде:

I=U/R

Это выражение читается следующим образом: сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Следует знать что:

I – величина тока, протекающего через участок цепи;

U – величина приложенного напряжения к участку цепи;

R – величина сопротивления рассматриваемого участка цепи.

При помощи закона Ома для участка цепи можно вычислить приложенное напряжение к участку цепи (рисунок 1), либо напряжение на входных зажимах цепи (рисунок 2).

Рисунок 2. Последовательная цепь, поясняющая расчет напряжения на зажимах цепи.

В этом случае формула (1) примет следующий вид:

U = I *R

Но при этом необходимо знать ток и сопротивление участка цепи.

Третий вариант закона Ома для участка цепи, позволяющий рассчитать сопротивление участка цепи по известным значениям тока и напряжения имеет следующий вид:

R =U/I

Как запомнить закон Ома: маленькая хитрость!

Для того, что бы быстро переводить соотношение, которое называется закон Ома, не путаться, когда необходимо делить, а когда умножать входящие в формулу закона Ома величины, поступайте следующим образом. Напишите на листе бумаги величины, которые входят в закон Ома, так как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Как запомнить закон Ома.

Теперь закройте пальцем, ту величину, которую необходимо найти. Тогда относительное расположение оставшихся незакрытыми величин подскажет, какое действие необходимо совершить для вычисления неизвестной величины.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Говорят: «не знаешь закон Ома – сиди дома». Так давайте же узнаем (вспомним), что это за закон, и смело пойдем гулять.

Основные понятия закона Ома

Как понять закон Ома? Нужно просто разобраться в том, что есть что в его определении. И начать следует с определения силы тока, напряжения и сопротивления.

Сила тока I

Пусть в каком-то проводнике течет ток. То есть, происходит направленное движение заряженных частиц – допустим, это электроны. Каждый электрон обладает элементарным электрическим зарядом (e= -1,60217662 × 10 -19 Кулона). В таком случае через некоторую поверхность за определенный промежуток времени пройдет конкретный электрический заряд, равный сумме всех зарядов протекших электронов.

Отношение заряда к времени и называется силой тока. Чем больший заряд проходит через проводник за определенное время, тем больше сила тока. Сила тока измеряется в

Амперах.

Напряжение U, или разность потенциалов

Это как раз та штука, которая заставляет электроны двигаться. Электрический потенциал характеризует способность поля совершать работу по переносу заряда из одной точки в другую. Так, между двумя точками проводника существует разность потенциалов, и электрическое поле совершает работу по переносу заряда.

Физическая величина, равная работе эффективного электрического поля при переносе электрического заряда, и называется напряжением. Измеряется в Вольтах. Один Вольт – это напряжение, которое при перемещении заряда в 1 Кл совершает работу, равную 1 Джоуль.

Сопротивление R

Ток, как известно, течет в проводнике. Пусть это будет какой-нибудь провод. Двигаясь по проводу под действием поля, электроны сталкиваются с атомами провода, проводник греется, атомы в кристаллической решетке начинают колебаться, создавая электронам еще больше проблем для передвижения. Именно это явление и называется сопротивлением. Оно зависит от температуры, материала, сечения проводника и измеряется в Омах.

Памятник Георгу Симону Ому

Формулировка и объяснение закона Ома

Закон немецкого учителя Георга Ома очень прост. Он гласит:

Сила тока на участке цепи прямо пропорционально напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Георг Ом вывел этот закон экспериментально (эмпирически) в

1826 году. Естественно, чем больше сопротивление участка цепи, тем меньше будет сила тока. Соответственно, чем больше напряжение, тем и ток будет больше.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Данная формулировка закона Ома – самая простая и подходит для участка цепи. Говоря «участок цепи» мы подразумеваем, что это однородный участок, на котором нет источников тока с ЭДС. Говоря проще, этот участок содержит какое-то сопротивление, но на нем нет батарейки, обеспечивающей сам ток.

Если рассматривать закон Ома для полной цепи, формулировка его будет немного иной.

Пусть у нас есть цепь, в ней есть источник тока, создающий напряжение, и какое-то сопротивление.

Закон запишется в следующем виде:

Объяснение закона Ома для полой цепи принципиально не отличается от объяснения для участка цепи. Как видим, сопротивление складывается из собственно сопротивления и внутреннего сопротивления источника тока, а вместо напряжения в формуле фигурирует электродвижущая сила источника.

Кстати, о том, что такое что такое ЭДС, читайте в нашей отдельной статье.

Как понять закон Ома?

Чтобы интуитивно понять закон Ома, обратимся к аналогии представления тока в виде жидкости. Именно так думал Георг Ом, когда проводил опыты, благодаря которым был открыт закон, названный его именем.

Представим, что ток – это не движение частиц-носителей заряда в проводнике, а движение потока воды в трубе. Сначала воду насосом поднимают на водокачку, а оттуда, под действием потенциальной энергии, она стремиться вниз и течет по трубе. Причем, чем выше насос закачает воду, тем быстрее она потечет в трубе.

Отсюда следует вывод, что скорость потока воды (сила тока в проводе) будет тем больше, чем больше потенциальная энергия воды (разность потенциалов)

Сила тока прямо пропорциональна напряжению.

Теперь обратимся к сопротивлению. Гидравлическое сопротивление – это сопротивление трубы, обусловленное ее диаметром и шероховатостью стенок. Логично предположить, что чем больше диаметр, тем меньше сопротивление трубы, и тем большее количество воды (больший ток) протечет через ее сечение.

Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.

Такую аналогию можно проводить лишь для принципиального понимания закона Ома, так как его первозданный вид – на самом деле довольно грубое приближение, которое, тем не менее, находит отличное применение на практике.

В действительности, сопротивление вещества обусловлено колебанием атомов кристаллической решетки, а ток – движением свободных носителей заряда. В металлах свободными носителями являются электроны, сорвавшиеся с атомных орбит.

Ток в проводнике

В данной статье мы постарались дать простое объяснение закона Ома. Знание этих на первый взгляд простых вещей может сослужить Вам неплохую службу на экзамене. Конечно, мы привели его простейшую формулировку закона Ома и не будем сейчас лезть в дебри высшей физики, разбираясь с активным и реактивным сопротивлениями и прочими тонкостями.

Если у Вас возникнет такая необходимость, Вам с удовольствием помогут сотрудники нашего студенческого сервиса. А напоследок предлагаем Вам посмотреть интересное видео про закон Ома. Это действительно познавательно!

Закон Ома | Шаг за шагом

Теперь, когда мы уже знаем, что такое заряд, сопротивление, ток и электродвижущая сила и какими единицами они измеряются, можно познакомиться с основными соотношениями в электрических цепях, с основными законами электротехники. Первый и, пожалуй, самый важный из них — это закон Ома. Им приходится руководствоваться при рассмотрении всех без исключения цепей электро- и радиоаппаратуры. Недаром у радиолюбителей в отношении закона Ома существует такая суровая поговорка: «Не знаешь закон Ома — сиди дома!»

Давайте вернемся к нашему «подопытному» карманному фонарику (рис. 6). От чего зависят основные характеристики этой электрической цепи: э. д. с, сопротивление и ток? Очевидно, э. д. с. зависит от активности химических реакций в батарейке, а сопротивление нити лампочки — от ее материала, длины, диаметра и температуры. А от чего же зависит ток в цепи? Попробуем разобраться.

Источником тока является батарея — именно она заставляет электроны двигаться по цепи. Сама же электрическая цепь, и особенно лампочка, обладая определенным сопротивлением, в какой-то степени препятствует движению электронов. Чем больше э.д.с. (Е) батареи, тем большей работоспособностью будет обладать каждый движущийся заряд, тем легче он преодолеет все препятствия и быстрее пройдет по цепи. А чем быстрее движутся заряды, тем большее их количество проходит через любую точку цепи, тем, следовательно, больше ток.

Совершенно иначе влияет на ток сопротивление цепи. Чем больше сопротивление лампочки тем труднее двигаться зарядам, тем меньше их скорость, а следовательно, тем меньше и ток.

Таким образом, величина тока в цепи зависит от электродвижущей силы Е и сопротивления R увеличением э.д.с. ток растет, а с увеличением сопротивления уменьшается. Эта зависимость, называемая законом Ома для всей цепи (лист 25), может быть выражена очень простой формулой:

Возле условных обозначений тока, э. д. с. и сопротивления в скобках указаны те единицы измерения, при которых расчеты по приведенной формуле дадут верный результат. Если же хоть одна из величин дана в других единицах, то необходимо пересчитать значения остальных величин. При этом удобно пользоваться таблицей, приведенной на листке 27.

Теперь давайте на несколько минут отвлечемся от нашего основного разговора и уделим внимание тем немногим читателям, которые испытывают страх перед формулами. Если такой читатель увидит в книге формулу, он обязательно поморщится и побыстрей перевернет страницу. Вот и сейчас, наверное, кое-кто выражает недовольство: «Ну зачем нужно было записывать закон Ома в виде формулы? Ведь все и так понятно! Нельзя ли вообще обойтись без формул?»

Можно, конечно, обойтись и без формул и вместо них пользоваться словами или картинками. Точно так же можно обойтись и без автобусов, поездов и самолетов и всегда ходить пешком. Только кому это нужно — из двух решений выбирать самое сложное, самое неудобное?

Формулы — очень удобный, а иногда даже незаменимый способ записи самых различных законов и зависимостей (рис. 10). Нужно только научиться понимать формулы, знать их язык. Вот, например, приведенная выше формула закона Ома. Она ясно говорит о том, что ток I равен частному от деления Е на R, то есть ток зависит от обеих этих величин. Величина Е стоит в числителе дроби, и, значит, с ее увеличением ток растет. Сопротивление R стоит в знаменателе, и поэтому сразу ясно, что с увеличением R ток уменьшается (чем больше знаменатель, тем меньше значение дроби, например 1/4 меньше чем 1/2).

Подставив в формулу закона Ома известные нам значения Е и R, можно сразу вычислить ток в цепи. Так, например, если E = 4,5 в, а R = 75 ом, то I = 0,06 а = 60 ма.

Кроме лаконичности, наглядности и удобства для вычислений, формулы имеют еще одно достоинство — их легко преобразовать и привести к удобному для вычислений виду. При этом приходится пользоваться лишь одним правилом: если мы одновременно умножим или разделим правую и левую часть равенства на одну и ту же величину или же проделаем с обеими частями какую-либо другую алгебраическую операцию (сложение, вычитание, деление и т. д.), то равенство не нарушится. Пользуясь этим правилом, можно получить еще две удобные для расчетов формулы (лист 25).

Первая из них, позволяющая подсчитать Е, если известно I и R, получена нами из формулы закона Ома путем умножения обеих ее частей на R. Вторую формулу, предназначенную для расчета сопротивления цепи R по известным Е и I (ток и э.д.с. легко измерить приборами), также можно получить из формулы закона Ома, если обе ее части умножить на R и разделить на I.

На этом простом примере видно, что формулы могут оказаться очень полезными при расчетах и решении практических задач. При одном взгляде на формулу можно установить основные соотношения того закона, к которому она относится. Правда, в последнем случае нужно знать физический смысл самого закона. Действительно, если не знать этого, то, анализируя две последние формулы, можно прийти к таким нелепым выводам: э. д. с. батареи зависит от… сопротивления цепи (вторая формула), или: сопротивление цепи зависит от… э.д.с. батареи (третья формула).

Подведем итог: всякий, кто хочет всерьез заниматься наукой и техникой и, в частности, радиоэлектроникой, должен буквально со школьной скамьи приучить себя к мысли о том, что формулы — вещь удобная, а порой даже необходимая. А для того чтобы не испытывать страха перед формулами, нужно научиться читать и понимать их так же свободно, как вы читаете и понимаете обычные слова.

Ом: определение и формула | Study.com

Определение сопротивления

Ом — это единица измерения электрического сопротивления между двумя точками на резисторе, проводнике, устройстве или цепи. Один Ом означает, что разность потенциалов (напряжение) 1 В между этими двумя точками дает ток 1 А. На следующих схемах показаны примеры того, как это может происходить:

Примеры сопротивления в цепях

В общем, эта взаимосвязь между любым напряжением, током и сопротивлением моделируется законом Ома , который мы определим как уравнение в следующей форме:

Ом Пример простой схемы

Предположим, что у неизвестного «черного ящика» есть две электрические клеммы.Вы подключаете батарею 6 В и амперметр (который измеряет ток) последовательно с черным ящиком, как показано. Предположим, что амперметр и провода имеют нулевое сопротивление. В цепи измеряется ток 60 мА (миллиампер или тысячные доли ампера). Какое сопротивление черного ящика в Ом?

Черный ящик с неизвестным сопротивлением

Мы применяем закон Ома, чтобы найти:

Действительно плохой юмор

Инженеры и ученые обычно не отличаются особенным юмором, но есть несколько шуток, которыми стоит поделиться.Посмотрите, сможете ли вы выяснить известные выражения, изображенные на следующих рисунках (A, B и C):

Сдаться? A — это «Ом в диапазоне»; B — «без ома»; C — это «растяжение в омах». Сказал вам, что это был действительно дурной юмор! Ладно, вернемся к уроку.

Ом и мощность

Электрическая мощность (мощность) — это произведение напряжения и тока, поэтому мы можем подставить закон Ома в уравнение мощности и найти соотношение для сопротивления на основе мощности (в ваттах, Вт) и либо напряжение или ток:

Например, если мы знаем, что лампочка мощностью 75 Вт потребляет ток 5 ампер, мы можем найти внутреннее сопротивление лампы:

Другая формула для определения сопротивления

Сопротивление специально разработано для резисторов и интегральных схем с использованием удельного сопротивления материала. Удельное сопротивление определяется как степень сопротивления материала движению электронов в зависимости от объема. Он измеряется в омах на метр длины материала, на квадратный метр площади поперечного сечения материала. Это просто сводится к единицам ом-метрам. Формула для определения удельного сопротивления:

Ниже приведен пример блока кремния с удельным сопротивлением 20 Ом-метров.Мы хотим найти сопротивление в омах, измеренное от одной стороны блока до другой.

Слиток кремния для примера удельного сопротивления

Сопротивление будет следующим:

Еще плохой юмор

Попробуем еще. Как вы думаете, это что?

Ага, это песня My Old Kentucky Ohm.’

Сводка

Ом — это единица электрического сопротивления, определяемая между двумя точками в цепи или через проводник, резистор или устройство. Один Ом означает, что напряжение в один вольт между двумя точками создает ток в один ампер. Математическая связь между сопротивлением, напряжением и током задается законом Ома , который гласит, что сопротивление (в омах) равно напряжению, деленному на ток.

Электрическое сопротивление препятствует прохождению тока так же, как дренаж препятствует прохождению воды.Чем более ограничен слив, тем медленнее течет вода при постоянной силе. То же самое и с электрическими цепями — чем выше сопротивление, тем меньше ток для данной электродвижущей силы (напряжения).

Сопротивление можно связать с электрической мощностью с помощью пары дополнительных формул. Первый гласит, что сопротивление равно квадрату напряжения, деленному на мощность. Во втором говорится, что сопротивление — это также мощность, деленная на квадрат тока.

Сопротивление также можно найти, используя удельное сопротивление материала.Удельное сопротивление — это степень сопротивления материала потоку электронов в зависимости от объема. Сопротивление (в Ом) равно удельному сопротивлению (в Ом-м), умноженному на длину материала, деленную на его площадь поперечного сечения.

Объяснение с формулой и примерами —

Abstract

Закон Ома — важный закон, данный немецким ученым Георгом Симоном Омом. Закон — это соотношение между тремя величинами, то есть током, сопротивлением и напряжением.Ток — это поток зарядов, сопротивление — это противодействие потоку тока, а напряжение — это давление, исходящее от мощности электрической цепи. Ток измеряется в амперах (А), напряжение — в вольтах (В), а сопротивление — в омах, которое обозначается омега (Ом).

Формула закона Ома V = IR. Мы можем вычислить все три величины из этого единственного соотношения. Это можно сделать с помощью треугольника закона Ома. Есть устройства, которые подчиняются закону Ома, называются омическими устройствами, а которые не подчиняются этому закону, называются неомическими устройствами.Мы знаем, исходя из закона Ома, V = I R, Но R = ρl / A

Следовательно, V = Iρl / A, El = j l, где σ = 1 / ρ называется проводимостью.

Закон Ома можно использовать для определения мощности по треугольнику мощности. Это можно сделать, подставив значения тока, напряжения и сопротивления в формулу закона Ома.

Для расчета мощности

[P = V x I] P (Вт) = V (вольт) x I (амперы)

[P = V2 ÷ R] P (Вт) = V2 (вольт) ÷ R ( Ω)

Закон обычно используется в повседневных операциях и процессах.Используется в цифровых схемах, схемах делителей напряжения, термостатах и ​​регуляторах. Итак, важный закон жизни.

Закон Ома

Закон Ома — один из самых фундаментальных и важных законов, регулирующих электронные и электрические цепи. Он связывает ток, напряжение и сопротивление для линейного устройства, так что если двое понимают, третье можно вычислить.

Поскольку ток, сопротивление и напряжение являются тремя важными величинами схемы, это означает, что закон Ома также имеет огромное значение.

Закон Ома используется во всех областях электроники и электротехники. Он используется для расчета номинала резисторов, необходимых в цепях, а также может использоваться для определения тока, протекающего в цепи, в которой напряжение можно легко измерить на известном резисторе, но более того, закон Ома используется в огромное количество вычислений во всевозможных электрических и электронных схемах — практически везде, где это происходит.

Георг Ом

Георг Симон Ом был немецким физиком и математиком.Будучи преподавателем в колледже, Ом начал свое исследование с новой электрохимической ячейки, изобретенной итальянским ученым Алессандро Вольта. Используя механизм собственного изобретения, Ом обнаружил, что существует прямая пропорциональность между разностью потенциалов (напряжением), приложенной к проводнику, а также возникающим электрическим током. Это соотношение называется законом Ома.

Закон Ома

Закон Ома описывает, как ток течет через вещество при различных уровнях напряжения.Некоторые вещества, такие как электрические провода, обладают небольшим сопротивлением потоку, и такой материал известен как проводник. Следовательно, если этот проводник поместить прямо напротив батареи, например, будет протекать много тока.

В других случаях другое вещество может препятствовать прохождению тока, но все же допускает некоторые из них. В электрических схемах эти элементы часто называют резисторами. Однако другие вещества практически не пропускают ток, и их называют изоляторами.

Закон Ома

Самыми основными элементами мощности являются напряжение, ток и сопротивление.Закон Ома демонстрирует очень простую связь между этими тремя величинами. Закон Ома гласит, что ток через проводник между двумя факторами прямо пропорционален напряжению в двух точках.

Сопротивление

Сопротивление — это мера сопротивления току, протекающему в электрической цепи. Измеряется в омах, обозначается греческой буквой омега (Ω). Ом назван в честь Георга Симона Ома.

Ток

Ток — это поток носителей электрического заряда, например электронов.Электрический ток течет из отрицательных точек в положительные. Единицей измерения электрического тока в системе СИ является ампер (А). 1 ампер тока описывается как один кулон электрического заряда, проходящего мимо особой точки за секунду. Электрический ток широко используется в бытовых и промышленных приборах.

Напряжение

Напряжение — это давление от источника питания электрической цепи, которое проталкивает заряженные электроны (ток) через бегущий контур, позволяя им выполнять работу, подобную освещению света.

Таким образом, напряжение = давление, и оно измеряется в вольтах (В). Этим термином признан итальянский физик Алессандро Вольта (1745-1827), изобретатель гальванической батареи — предшественницы батареи.

Формула закона Ома

Формула или уравнение закона Ома чрезвычайно просты.

Закон Ома можно продемонстрировать в математической форме:

В = IR

Где:

• В = напряжение в вольтах
• I = ток в амперах
• R = сопротивление в омах

Треугольник закона Ома

Транспонирование приведенного выше уравнения нормального закона Ома даст нам следующие смеси того же уравнения:

Затем, используя закон Ома, мы можем увидеть напряжение 1 В, приложенное к резистору 1 Ом. вызовет протекание тока величиной 1А, и чем больше значение сопротивления, тем меньше тока будет протекать при заданном приложенном напряжении.

омических устройств

Система, которая следует закону Ома для всех напряжений на ней, называется омическим устройством. (т.е. в постоянных физических условиях, таких как температура, сопротивление постоянно для многих токов, которые проходят через него). К корпусам омических устройств относятся: кабель, нагревательный элемент или резистор.

неомическое устройство

Система, не подчиняющаяся закону Ома, называется неомическим устройством (т.е. сопротивление различается для разных токов, проходящих через нее).Случаи неомических устройств: термисторы, кристаллические выпрямители, электронная лампа и т. Д.

Вывод закона Ома

СВЯЗЬ ПЛОТНОСТИ ТОКА С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОЛЕМ — ФОРМУЛА

Мы знаем, исходя из закона Ома,

iR

Но

R = ρl / A

Следовательно,

V = Iρl / A

Ток на единицу площади (по нормали к току), I / A, называется плотностью тока и обозначается j.

Далее, если E — размер однородного электрического поля в проводнике, длина которого равна l, то разность потенциалов V на его концах равна El.

El = jl

вышеприведенное уравнение также может быть преобразовано в векторную форму. Плотность тока (ток через единицу площади перпендикулярно настоящему) также определяется и может быть вектором J.

Следовательно, приведенное выше уравнение может быть представлено в векторной форме как

E = σj

, где σ = 1 / ρIs , известная как проводимость.

проводимость

Электропроводность — это мера легкости, с которой электрический заряд может проходить через материал. Проводник — это материал, который практически не оказывает сопротивления прохождению электрического тока.

ПРОВЕРКА ЗАКОНА ОМА — ПРИМЕР

Пусть сопротивление, используемое для проверки, будет R. Создайте цепь из R, вольтметра и амперметра, измеряющего напряжение и ток через R, реостат (переменный резистор) и ячейку. Подключите компоненты правильно.Запишите значения напряжения и тока, показанные вольтметром и амперметром. Повторите вышеуказанное для разных значений Реостата. Запишите данные в табличном формате и вычислите

I&V

Для каждого экземпляра. Это должно быть примерно так же. Нанесите график V против I на диаграмму. Получается прямая линия, наклон которой равен помехозащищенности.

Закон об электроэнергии и сопротивлении

Используя закон Ома и подставляя значения V, R и I, формула для электрической мощности доступна как:

Чтобы найти мощность (P)

 [ P = V x I] P (ватты) = V (вольт) x I (амперы) 

или:

 [P = V2 ÷ R] P (ватты) = V2 (вольты) ÷ R (Ω) 

или :

 [P = I2 x R] P (ватты) = I2 (амперы) x R (Ω) 

Опять же, три величины накладываются на треугольник, на этот раз называемый треугольником мощности с электричеством наверху, а также напряжением и током. внизу.Опять же, это расположение отражает фактическое положение каждой величины в формулах мощности закона Ома.

Треугольник силы

Реализация закона Ома

В нашей повседневной жизни есть тысячи применений этого закона. В этом руководстве мы покажем только некоторые из них.

• Традиционный бытовой регулятор вентилятора — это очень распространенное устройство, в котором ток через вентилятор регулируется путем управления сопротивлением цепи регулятора.
• В схеме делителя напряжения этот закон используется для разделения напряжения источника по выходному сопротивлению.
• В цифровых схемах существует множество функций, в которых требуется преднамеренное падение напряжения для подачи определенного напряжения на различные электронные элементы. Это достигается применением закона Ома.

Закон Ома — определение, формула, применение, ограничения

Согласно закону Ома, напряжение или разность потенциалов между двумя точками пропорциональна току электричества, протекающему через сопротивление, а сопротивление цепи пропорционально ток или электричество проходят через сопротивление.V = IR — формула закона Ома. Георг Симон Ом, немецкий физик, обнаружил связь между током, напряжением и взаимосвязью. Давайте подробнее рассмотрим закон Ома, сопротивление и его приложения.

Что такое закон Ома?

Напряжение, ток и сопротивление — три основных компонента электричества. Закон Ома показывает прямую связь между этими тремя переменными. Согласно закону Ома, ток, протекающий по проводнику между двумя точками, пропорционален напряжению на проводнике.

Диаграмма зависимости напряжения от тока

Формула закона Ома

Это одно из самых фундаментальных электрических правил. Он помогает в вычислении мощности, эффективности, тока, напряжения и сопротивления элемента в электрической цепи.

В ∝ R

В = I × R

Здесь

• В — напряжение,
• I — ток, а
• R — сопротивление.

В системе СИ единицей сопротивления является ом, который обозначается как Ω.

Применение закона Ома

Когда известны два других числа, можно использовать закон Ома для определения напряжения, тока, импеданса или сопротивления линейной электрической цепи.

Основные области применения закона Ома:

• Он также упрощает расчет мощности.
• Чтобы поддерживать желаемое падение напряжения между электрическими компонентами, применяется закон Ома.
• Необходимо определить напряжение, сопротивление или ток электрической цепи.
Закон
• Ома также используется для перенаправления тока в амперметрах постоянного тока и других шунтах постоянного тока.

Как установить зависимость тока от напряжения?

Отношение V / I остается постоянным для данного сопротивления при установлении соединения тока и напряжения, следовательно, график разности потенциалов (V) и тока (I) должен быть прямой линией.

Как узнать неизвестные значения сопротивления?

Постоянное отношение определяет неизвестные значения сопротивления. Сопротивление провода с постоянным поперечным сечением зависит от длины (L) и площади поперечного сечения (A).Это также зависит от температуры проводника.

Сопротивление при заданной температуре

R = ρ L ⁄ A

Здесь ρ — удельное сопротивление или удельное сопротивление, а также характеристика материала проволоки.

Удельное сопротивление или удельное сопротивление материала провода составляет,

ρ = R A ⁄ L

Закон об ограничениях по сопротивлению

• Закон Ома не применяется к односторонним сетям. В односторонних сетях ток может течь только в одном направлении.В таких сетях используются диоды, транзисторы и другие электронные компоненты.
• Нелинейные компоненты также не подпадают под действие закона Ома. Нелинейные компоненты имеют ток, который не пропорционален приложенному напряжению, что означает, что значение сопротивления этих элементов изменяется в зависимости от напряжения и тока. Тиристор — это пример нелинейного элемента.

Резисторы

Одним из важнейших компонентов электрических цепей является резистор.Поскольку они состоят из комбинации глины или углерода, они являются хорошими проводниками и хорошими изоляторами. На большинстве резисторов видны четыре цветные полосы. Первая и вторая полосы показывают первую и вторую цифры значения соответственно. Цифры значения умножаются в третьей полосе, а допуск определяется в четвертой полосе. Если четвертой полосы нет, предполагается, что допуск составляет плюс-минус 20%.

Сопротивление в серии

Серия — это группа связанных элементов, например, вдоль линии, в строке или в определенном порядке.В электронике последовательное сопротивление означает, что резисторы соединены последовательно и ток может проходить только по одному каналу.

Законы последовательных цепей

• Общее сопротивление цепи складывается из отдельных сопротивлений.
• Общее напряжение — это сумма отдельных напряжений в цепи.
• В каждой точке цепи протекает одинаковое количество тока.

Сопротивление параллельно

Параллельная цепь может быть организована различными способами.Большая часть проводки в реальном мире выполняется параллельно, так что напряжение, подаваемое на любую часть сети, такое же, как напряжение, подаваемое на любую другую ее часть.

Законы параллельных цепей

• Сумма обратных величин сопротивлений всех компонентов дает обратную величину общего сопротивления цепи.
• Общий потребляемый ток — это сумма отдельных значений тока, потребляемого в цепи.
• В каждой точке цепи одинаковое напряжение.

Примеры проблем

Задача 1: Найдите сопротивление электрической цепи при напряжении 15 В и токе 3 мА.

Решение:

Дано:

В = 15 В,

I = 3 мА = 0,003 А

Сопротивление электрической цепи определяется как:

R = V / I

= 15 В / 0,003 А

= 5000 Ом

= 5 кОм

Следовательно, сопротивление электрической цепи составляет 5 кОм .

Проблема 2: Если сопротивление электрического утюга составляет 10 Ом, и через сопротивление протекает ток 6 А. Найдите напряжение между двумя точками.

Решение:

Дано:

I = 6 A

R = 10 Ом

Формула для расчета напряжения имеет следующий вид:

V = I × R

V = 6 A × 10 Ом

= 60 В

Следовательно, напряжение между двумя точками составляет 60 В .

Задача 3. Когда не действует закон Ома?

Решение:

Поведение полупроводников и односторонних устройств, таких как диоды, противоречит закону Ома. Если физические факторы, такие как температура и давление, не поддерживаются постоянными, закон Ома может не обеспечить ожидаемых эффектов.

Проблема 4: Почему закон Ома не применим к полупроводникам?

Решение:

Полупроводниковые приборы нелинейны по своей природе, поэтому закон Ома на них не распространяется.Это указывает на то, что отношение напряжения к току не остается постоянным при изменении напряжения.

Задача 5: Как применяется закон Ома?

Решение:

Статические значения компонентов схемы, такие как уровни тока, источники напряжения и падения напряжения, подтверждаются с помощью закона Ома.

Вниманию читателя! Не прекращайте учиться сейчас. Присоединяйтесь к курсу First-Step-to-DSA для учащихся 9-12 классов , , специально разработанного для ознакомления со структурами данных и алгоритмов учащимся 9-12 классов

Формулы и уравнения для Ома, Кирхгофа и Кулона Законы

Закон Ома, законы Кирхгофа (KVL и KCL) и законы Кулона, формулы и уравнения

Формулы закона Ома

Закон Ома показывает взаимосвязь между током «I» и напряжением «V», где сопротивление « R ”- постоянная в электрической цепи.

Закон Ома в цепях постоянного тока

• I = V / R Для расчета тока
• V = IR Для расчета напряжения
• R = V / I Для расчета сопротивления

Закон Ома в цепях переменного тока

• I = V / Z Для расчета тока
• V = IZ Для расчета напряжения
• Z = V / I Для расчета импеданса

Где

• I = Ток в амперах (A)
• V = Напряжение в вольтах (В)
• R = Сопротивление в Ом (Ом)
• Z = Импеданс в Ом (Ом)

Закон Кирхгофа — KCL

Суммирование всех токов, входящих в узел или развязка 0 .Или сумма входящего и выходящего токов в точке равна нулю. Другими словами, текущий вход в точку равен текущему выходу из этой точки.

∑I _Ввод = ∑I _Выход

∑I = 0

• Ток, входящий в узел, обозначается положительным знаком (+).
• Ток на выходе из узла записывается со знаком минус (-).

Закон Кирхгофа о напряжении — KVL

Сумма всех разностей потенциалов в контуре цепи составляет 0 .Произведение I «Ток» и R «Сопротивление» на замкнутом пути (также известном как сетка), расположенном в сети, равно приложенной ЭДС.

∑ _IR = ∑ _E

Закон Кулона

Законы электростатики Кулона обеспечивают силу притяжения или отталкивания между двумя зарядами или заряженными телами.

или

• F = сила отталкивания или притяжения между зарядами
• ε ₀ = диэлектрическая проницаемость в пространстве
• ε _r = относительная диэлектрическая проницаемость материала
• q ₁ , q ₂ = 1 ^st и 2 ^nd количество заряда соответственно в кулонах
• r = расстояние между зарядами в метрах
• k = константа

Связанные формулы и уравнения Сообщения:

Как рассчитать закон Ома для безопасного вейпинга

Если вам комфортно со своими знаниями о безопасности батареи вейпа, следующим соображением будет использование какого-то калькулятора, чтобы убедиться, что ваши сборки катушек находятся в этих безопасных пределах вашей батареи, и, кроме того, чтобы вы могли настроить свои катушки, чтобы получить опыт вейпинга, который вы желаете.Существует масса калькуляторов закона Ома и таких сайтов, как Steam Engine, которые сделают за вас всю тяжелую работу.

Если вы довольны этим и хотите оставаться в блаженном неведении относительно того, что на самом деле стоит за расчетами, хорошо для вас. Пока вы знаете, как применять результаты, вы проживете долгую, счастливую и безопасную жизнь вейпинга. Но если вы хотите увидеть, как работают эти калькуляторы изнутри, читайте дальше.

В законе Ома нет ничего мистического или волшебного. Это несколько формул, обычно изображаемых внутри треугольника, и любой может легко выучить и использовать формулы на любом обычном калькуляторе.

Цель данной статьи — показать вам формулы, лежащие в основе закона Ома, и, надеюсь, дать вам понимание взаимоотношений между различными элементами базовой электронной схемы, связанных с вейпингом.

Внутри треугольника вы можете увидеть три основных элемента в любой электрической цепи, представленные буквами V, I и R. Я бы озвучил треугольник как «V, умноженный на I, умноженный на R», а «времена» — это умножение. Самым сложным в этом будет запоминание того, что представляют собой буквы, и даже это на самом деле довольно просто:

• В = Напряжение (напряжение аккумулятора)
• I = Ток (сила тока, потребляемая вашей катушкой)
• R = Сопротивление (сопротивление вашей катушки в Ом)

Итак, как нам использовать треугольник закона Ома? Опять же, просто — треугольник наглядно отображает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением.В следующих примерах мы рассмотрим, как использовать треугольник и формулы, чтобы помочь вам построить катушки, рассчитанные на требуемый ток и мощность.

Если вы хотите определить ток, потребляемый через сопротивление (вашу катушку), используйте формулу:

I = V ÷ R (или I = V / R)

Как мы к этому пришли? Посмотрите на треугольник, и вы увидите, что для определения тока (I) вы должны разделить напряжение (В) на сопротивление (R) .

Давайте применим формулу на примере из реальной жизни.Если вы используете механический мод, со свежезарядным аккумулятором у вас теоретически будет 4,2 В для питания вашей катушки. Если ваша катушка 0,5 Ом, теперь у вас есть все необходимое для определения тока в амперах:

I = 4,2 В ÷ 0,5 Ом (или 4,2 / 0,5)

I = 8,4 А

Как видите, с катушкой на 0,5 Ом и недавно заряженной батареей на 4,2 вольта максимальное потребление тока составит 8,4 ампера. Если ваша батарея имеет предел в 10 ампер, вы значительно ниже предела. Не забывайте, что использование двойного механического модуля в последовательной конфигурации удвоит потребление энергии на батарею, и вам придется создавать катушки с вдвое большим сопротивлением, чтобы быть в безопасности.Также обратите внимание, что по мере разряда батареи ток также будет спадать. Например, когда аккумулятор достигает 3,7 В при той же нагрузке, ток упадет до 7,4 А (3,7 В / 0,5 Ом)

Расчетная мощность (мощность)

Следующее, что вы, вероятно, захотите узнать, — это мощность, генерируемая катушкой, или мощность. Это не показано в треугольнике, но формула проста. Просто умножьте ток в вашей цепи на приложенное напряжение:

P = V x I

В нашем исходном примере формула выглядела бы так:

P = 4.2 В x 8,4 А

P = 35,3 Вт

Таким образом, катушка на 0,5 Ом с полностью заряженной батареей на 4,2 В будет тянуть максимум 8,4 А и выдавать 35,3 Вт. Вы можете видеть, что по мере увеличения сопротивления вашей катушки ток и мощность будут падать.

Вторая формула закона Ома, которая может быть нам полезна, — это вычисление сопротивления. Допустим, у вас есть батарея с ограничением по току в 10 ампер, и вы хотите определить наименьшее сопротивление катушки, при котором вы можете безопасно работать, не превышая CDR батареи.

Для расчета используйте следующую формулу:

R = V ÷ I

Так как вы знаете, что CDR батареи составляет 10 ампер, вы можете выбрать в своих расчетах 9 ампер, чтобы получить запас мощности в 1 ампер. Вы также знаете, что ваше максимальное напряжение будет 4,2 вольта на одном аккумуляторном модуле. Расчет выглядит так:

R = 4,2 В ÷ 9 А

R = 0,47 Ом

Результат говорит вам, что ваш безопасный нижний предел для 10-амперной батареи составляет 0,47 Ом — что-то ниже, и вы рискуете превысить предел тока батареи.Конечно, если у вас батарея на 25 ампер, ваше низкое сопротивление упадет до 0,17 Ом:

R = 4,2 В ÷ 25 А

R = 0,17 Ом

Наконец, и, вероятно, не так полезно для нас, используя треугольник, вы можете найти напряжение в цепи, если вам известны значения двух других переменных.

Чтобы найти напряжение, когда известны ток и сопротивление, формула выглядит так:

В = I x R

На самом деле, самые полезные формулы для вейперов — это три формулы, которые вычисляют ток (I = V ÷ R), мощность (P = V x I) и сопротивление (R = V ÷ I).Это позволит вам определить ток, который будет потреблять ваша катушка, и полученную мощность. По мере увеличения сопротивления ток и мощность будут падать. Если вы уменьшите сопротивление, ток и мощность увеличатся. Формула сопротивления позволяет рассчитать безопасное низкое сопротивление на основе CDR вашей батареи.

Это вся полезная информация, которая поможет вам оставаться в безопасных пределах ваших батарей и настроить количество энергии на вашей катушке, чтобы помочь вам достичь своей собственной нирваны вейпинга.Есть и другие факторы, такие как время нарастания катушки и нагрев вашей катушки, которые определяются калибром и массой провода. Закон Ома ничего из этого не учитывает, и такой сайт, как Steam Engine, может быть вам полезен.

Последний и важный совет: ВСЕГДА предполагайте, что напряжение вашей батареи эквивалентно полностью заряженной батарее: 4,2 вольта для одинарного или параллельного батарейного модуля или 8,4 вольт для двойного последовательного модуля. Люди будут утверждать, что катушка никогда не увидит это фактическое напряжение батареи из-за падения напряжения в модуле, но для безопасности ВСЕГДА используйте полное теоретическое напряжение батареи (при полной зарядке) в своих расчетах.

Команда Vaping360 — это разнообразная группа опытных участников вейпинга. Мы стремимся предоставить вам лучший контент обо всем, что касается вейпинга. Не забудьте подписаться на нас в Facebook и Instagram, чтобы узнать больше!

Ома и закон Ома | Зонд питания

Категории:

Блоги

Пытаясь объяснить электричество и электрические концепции, мы часто используем воду и водопровод в качестве примеров.Они не совсем одинаковы, но достаточно похожи, чтобы большинство людей могло усвоить основные принципы. Несмотря на то, что мы не можем буквально «видеть» протекание электричества, мы все наблюдали давление и поток воды, так что это может немного облегчить понимание основных концепций электрических потоков.
В электрических терминах напряжение эквивалентно давлению воды в трубе. Требуется некоторое давление, чтобы создать любой поток воды, без давления (или напряжения), без потока. Поток воды в трубе будет электрическим эквивалентом тока (или ампера).Все, что может замедлить или ограничить поток воды, будет электрическим эквивалентом сопротивления.

Закон

Ома — это простая формула, объясняющая взаимосвязь между напряжением, сопротивлением и током.
В нем указано, что V = I x R или напряжение = амперы x Ом. Символ тока — (I) для силы тока. Формула обычно обозначается цифрой

в круге или треугольнике.

Здесь также показано, как можно изменить формулу для расчета напряжения, тока или сопротивления.Если я когда-нибудь запутаюсь, как это работает, я нарисую эту небольшую диаграмму и запомню, что если я закрою ту, которую пытаюсь найти, большим пальцем, два других символа, показывающих, скажут мне, что делать, чтобы вычислить ответ.
Это все еще может немного сбивать с толку, поэтому мне также нравится думать о них как об отдельных функциях —
1. Если сопротивление остается неизменным, ток будет прямо пропорционален напряжению.
Проще говоря, это означает, что для любого заданного сопротивления при увеличении напряжения возрастает ампер
.Имеет смысл — добавьте больше давления воды (вольт) и больше галлонов воды (ампер) потечет
. Это прямая зависимость, увеличьте напряжение, и амперы покажут соответствующее увеличение
.
2. Если напряжение останется прежним, ток будет обратно пропорционален сопротивлению.
Проще говоря, это означает, что для любого заданного напряжения, когда сопротивление увеличивается, ампер
уменьшается. Это также имеет смысл, поскольку сопротивление пытается ограничить поток, чем больше сопротивление
, тем меньше расход (в амперах).
Это последнее правило, вероятно, самое важное для тех из нас, кто работает с легковыми и грузовыми автомобилями. В системах, над которыми мы работаем, напряжение обычно фиксируется на уровне 12 или 24 вольт. Таким образом, по большей части напряжение никогда не меняется, что упрощает расчет ампер или сопротивления. Сопротивление задействованного компонента будет определять, какой ток (А) будет потреблять цепь. Вы не можете нагнетать больше ампер в цепь, и компонент не будет потреблять больше тока, чем позволяет его сопротивление.(Если вы не применили большее давление / напряжение.)
Кроме того, в идеале компонент или нагрузка являются единственным сопротивлением в цепи и, следовательно, единственным фактором при определении силы тока в цепи. В действительности, однако, есть крошечные сопротивления через каждый разъем, переключатель или даже участок провода, но обычно они очень малы и оказывают минимальное влияние на ток в цепи. Любое чрезмерное сопротивление в этих разъемах и проводах (из-за коррозии или ослабленных соединений) повлияет на общий ток, который цепь может подавать на элемент нагрузки, и отрицательно повлияет на производительность этого компонента.

---

Когда V = IR является формулой закона Ома? — Наука, образование, исследования

«По-моему, сопротивление — это превышение напряжения по току»

Изображение Gerd Altmann с сайта Pixabay

Адриан был участником проекта Understanding Science. Когда я брал у него интервью в 12-м классе, когда он изучал физику продвинутого уровня, он сказал мне, что « Мы рассмотрели сопротивление и проводимость, а также формулы, которые идут с ними ». Поэтому я спросил его, было ли сопротивление:

.

Так что же такое сопротивление?

Сопротивление, эм (пауза, гр.3с) Перегрузка сопротивления, думаю напряжение. (Пауза, около 3сек) Ага. №

Не уверены?

Не могу вспомнить формулы.

Итак, первым побуждением Адриана было определить сопротивление с помощью формулы, хотя он не чувствовал, что может запоминать формулы. Он правильно знал, что формула включает сопротивление, ток и напряжение, но не мог вспомнить отношения. Конечно, если бы он качественно понимал, как они влияют друг на друга, то он должен был бы понять, в каком направлении должна идти формула, поскольку формула представляет собой соотношение между сопротивлением, напряжением и током.

Итак, я затем спросил Адриана, как он объяснит сопротивление молодому человеку, и он предположил, что сопротивление — это то, насколько что-то замедляется или перестает вращаться. После того, как мы немного поговорили об этом, я вернулся к обсуждению формулы и взаимосвязи между R, V и I:

А как насчет этого сопротивления в электричестве, вы его измеряете в каких-то единицах?

Да, in, erm , (пауза, c.2s) Ом .

Так что такое ом?

Ом, это единица измерения сопротивления.

Достаточно справедливо.

Это происходит из закона Ома, который является формулой, которая дает вам сопротивление.

V = IR — это формула, которая дает вам сопротивление, но является распространенным заблуждением, что закон Ома V = IR .

На самом деле, закон Ома предполагает, что ток через металлический проводник (поддерживаемый при постоянных условиях, например.g., температура) прямо пропорциональна разности потенциалов на его концах.

Итак, в таком случае (металл, не меняющий температуру и т. Д.)

I ∝ V

, что эквивалентно

В ∝ I

, что эквивалентно

V = kI

где k — коэффициент пропорциональности. Если в данном случае использовать символ R для константы, то

В = RI

, что эквивалентно

В = ИК

Итак, может показаться, что я только что противоречил себе, поскольку я отрицал, что V = IR было представлением закона Ома , но, похоже, вывел V = IR из закона.

Нет противоречия, пока мы помним, что символы представляют в уравнении . Я представлял ток, протекающий через металлический проводник, поддерживаемый при постоянных условиях (температура, напряжение и т. Д.), А V представлял разность потенциалов на концах этого металлического проводника. Если мы ограничим V и I этим значением, то формулу можно будет рассматривать как способ представления закона Ома.

Чрезмерное обобщение

Однако мы обычно понимаем эти символы в электромонтажных работах иначе: V обычно представляет собой разность потенциалов на каком-либо резистивном компоненте или другом, а I представляет ток, протекающий через этот компонент: резистор, графитовый стержень, соляной мостик, диод, вольфрамовая нить в лампе…

В этом общем случае

В = ИК

или

R = V / I

— определяющее уравнение сопротивления.Если R определяется как V / I, то так будет всегда не потому, что есть физический закон, который предполагает это, а просто потому, что это значение, которое мы придали R.

Это немного похоже на то, как холостяки являются неженатыми мужчинами (пример, который кажется любимым некоторыми философами): холостяки не являются неженатыми мужчинами, потому что существует какое-то правило или закон, запрещающий холостякам жениться, а просто потому, что наше определение. Холостяк, который выходит замуж и становится женатым мужчиной, перестает быть холостяком в тот момент, когда становится женатым мужчиной — подобно тому, как бабочка перестает быть гусеницей.Не из-за какого-то закона природы, а из-за наших условностей относительно того, как используются слова. Если V и I будут использоваться в качестве общих символов (и не ограничиваться нашим тщательно контролируемым металлическим проводником), тогда V = IR просто потому, что R определяется как V / I, а формула , используемая в общем случае , должна не следует путать с законом Ома.

По закону Ома V = IR, где R будет постоянным.

Как правило, V = IR и R могут меняться, поскольку закон Ома обычно не применяется.

Возможно, было бы лучше помочь студентам понять это, если бы по соглашению p.d. и ток через кусок металла, находящийся в постоянных условиях, были представлены, скажем, V и I _ⓜ , так что закон Ома может быть представлен как, скажем,

В _ⓜ = k I _ⓜ

, но, поскольку это не обычное соглашение, учащиеся должны помнить, когда они имеют дело со специальным случаем, на который ссылается закон Ома.

Неправильная модель обучения?

Интересный вопрос:

• учителей очень осторожно проводят это различие, но ученики все еще не понимают;
• учителей осторожно используют язык, но не делают явной дискриминации учеников, поэтому они упускают из виду различие;
• некоторые учителя фактически учат тому, что V = IR — это закон Ома.

Если верно последнее, то было бы хорошо узнать, преподают ли этому учителя:

• сами имеют альтернативную концепцию;
• ценю различие, но думаю, что это не имеет значения;
• подумайте о том, чтобы отождествить общую формулу V = IR с законом Ома, это подходящее упрощение, своего рода обучающая модель, подходящая для студентов, которые не готовы к объяснению различия.

Было бы полезно узнать ответы на эти вопросы, не винить учителей, а потому, что нам нужно диагностировать проблему, чтобы предложить лучшее решение.

---

---

Автор: Кейт

Бывший учитель естественных наук в школе и колледже, педагог, научный руководитель и преподаватель методов исследования.