Закон Ома для полной цепи: формула и описание
Разность потенциалов, то есть напряжение, и электрический ток взаимосвязаны друг с другом как причина и следствие. Разность потенциалов является причиной появления тока, но не единственной. Потенциалы должны быть замкнуты нагрузкой. Именно тогда и только в этой нагрузке, состоящей из тех или иных электропроводящих объектов, появится электрический ток.
Его характеристики будут зависеть от источника напряжения и параметров присоединённой нагрузки. Изучение свойств электричества начиналось с источников постоянных величин разности потенциалов. Одним из исследователей электричества был германский учёный Георг Ом. Он опытным путём установил взаимосвязь параметров постоянного напряжения, нагрузки и электрического тока.
Несмотря на несовершенство измерительных приборов 19 века Ом выяснил и определил влияние сопротивления на величину электротока. Оказалось, что источник разности потенциалов является частью электрической цепи аналогично прочим элементам нагрузки в ней. Сопротивление источника напряжения стали называть «внутренним сопротивлением», а сопротивление остальных элементов, которые являются нагрузкой этого источника – «внешним сопротивлением». Если обозначить
- U – величина разности потенциалов;
- r – внутреннее сопротивление;
- R – внешнее сопротивление;
- I – величина электротока в нагрузке,
Получается такое соотношение:
Эта формула является математическим выражением закона, названным по имени Георга Ома — «Закон Ома для полной цепи». Единица измерения сопротивления также была названа по имени Георга Ома – «1 Ом». Движущиеся заряды, именуемые как «электрический ток», в нагрузке создают направленное движение от плюса источника питания к его минусу. Поскольку в физике движение связано с действием силы, было решено использовать вместо напряжения численно равную ему электродвижущую силу, сокращенно «ЭДС» и измеряемую в Вольтах. ЭДС обозначается латинской буквой E. Соответственно формула закона Ома приобрела вид
Со временем выяснилось, что в электрических цепях помимо постоянных значений разности потенциалов и тока могут быть переменные и импульсные значения. При этом сопротивления нагрузки имеют иную природу, чем при постоянном токе. Однако закон Ома и в этих случаях оказался действующим. Появились специальные разновидности закона Ома, которые учитывают те или иные особенности процессов, существующих в таких цепях. Но это уже совсем другая история…
Закон Ома для полной цепи — почему большинство электриков его не знают и в чём его хитрость | Электрика для всех
Наверное, каждый слышал вопрос-проверку «закон Ома знаешь?» — он призван отделить настоящих электриков от дилетантов и это имеет смысл.
Но что насчёт реального закона Ома, а не упрощённой версии — в чём его отличие от обычного? Давайте посмотрим, в чём между ними разница — это вам пригодится!
«Простой» закон Ома и «полный» — кратко о том, что касается каждого
Когда я учился в университете, на специальность «электроснабжение», эта тема была одной из первых, на лекциях по ТОЭ (теоретических основах электротехники) и мне было очень интересно узнать, что в школе нам преподавали немного упрощённую и неправильную версию гениального закона, открытого учёным Омом. В чём же гениальность полного закона Ома?
Каждая электрическая цепь работает при условии, что она замкнута, иначе ток просто не будет идти. В замкнутой цепи, кроме лампочек, розеток и прочих потребителей есть ещё один важный элемент — источник питания, который выдаёт энергию для работы приборов.
Полный закон Ома включает на только напряжение на клеммах прибора и сопротивление этого элемента, но и параметры источника питания — его внутреннее сопротивление и его ЭДС. Посмотрите на простую формулу закона Ома и полную формулу, которая знакома инженерам — ниже.
Законы Ома для участка цепи и для полной цепиЗаконы Ома для участка цепи и для полной цепи
Что самое сложное в понимании второй формулы, так это загадочная аббревиатура «ЭДС«, зашифрованная греческой буквой эпсилон в верхней части дроби. Если по простому, то ЭДС это то же напряжение, только в реальности — с учётом несовершенства источника питания, который выдаёт не строго постоянный ток, а зависимый от «тяжести» нагрузки. Чем больше нагрузочный ток и чем ближе сопротивление нагрузки к сопротивлению источника питания (маленькая буква «r» внизу дроби), тем меньше будет ток и напряжение.
Трансформаторная подстанцияТрансформаторная подстанция
Главное, что нужно понимать — в реальном мире электрический ток всегда встречает на своём пути сопротивление, причём не только в проводах и приборах, но и в самом источнике питания. Сила тока в цепи, таким образом, зависит не только от сопротивления условного ТЭНа или лампочки, а от суммы сопротивлений потребителя и внутренней «начинки» источника питания — химикатов в батареях или магнитного поля в катушках трансформаторов.
Именно поэтому разряженная батарейка не выдаёт нужный ток, а сила тока при коротком замыкании зависит не только от сопротивления проводов, но и от мощности трансформатора на подстанции — это азы электротехники, но поверьте, большая часть электриков про них не знает. Так что теперь вы находитесь среди людей, которые знают не только закон Ома, но и его полную формулу.
Спасибо, что дочитали — надеюсь эта статья не была для вас скучной — лично мне это интересно, если вам тоже — ставьте лайк и подписывайтесь на канал Электрика для всех — я постараюсь писать не только статьи на тему ежедневных проблем, но и теоретические. До новых встреч!
Формулировка закона Ома для полных замкнутых цепей и электрических контурах
При проектировании и ремонте схем различного назначения обязательно учитывается закон Ома для полной цепи. Поэтому тем, кто собирается этим заниматься, для лучшего понимания процессов этот закон надо знать. Законы Ома разделяют на две категории:
- для отдельного участка электрической цепи;
- для полной замкнутой цепи.
В обоих случаях учитывается внутреннее сопротивление в структуре источника питания. В вычислительных расчетах используют закон Ома для замкнутой цепи и другие определения.
Общее определение, формула расчета с буквенными обозначениями
Простейшая схема с источником ЭДС
Чтобы понять закон Ома для полной цепи, для наглядности изучения рассматривается самая простая схема с минимальным количеством элементов, ЭДС и активной резистивной нагрузки. Можно прибавить в комплект соединительные провода. Для питания идеально подходит автомобильный аккумулятор 12В, он рассматривается как источник ЭДС со своим сопротивлением в элементах конструкции.
Элементы схемы
Роль нагрузки играет обычная лампа накаливания с вольфрамовой спиралью, которая имеет сопротивление в несколько десятков Ом. Данная нагрузка преобразует электрическую энергию в тепловую. Всего несколько процентов расходуются на излучение потока света. При расчете таких схем применяют закон Ома для замкнутой цепи.
Принцип пропорциональности
Экспериментальными исследованиями в процессе измерений величин при разных значениях параметров полной цепи:
- Силы тока – I А;
- Суммы сопротивлений батареи и нагрузки – R+r измеряют в омах;
- ЭДС – источник тока, обозначают как Е. измеряется в вольтах
было замечено, что сила тока имеет прямо пропорциональную зависимость относительно ЭДС и обратную пропорциональную зависимость относительно суммы сопротивлений, которые замыкаются последовательно в контуре цепи. Алгебраически это сформулируем следующим образом:
Подключение лампы к аккумуляторной батарее
Рассматриваемый пример схемы с замкнутым контуром цепи – с одним источником питания и одним внешним элементом сопротивления нагрузки в виде лампы со спиралью накаливания. При расчете сложных схем с несколькими контурами и множеством элементов нагрузки применяют закон Ома для всей цепи и другие правила. В частности надо знать законы Киргофа, понимать, что такое двухполюсники, четырехполюсники, отводящие узлы и отдельные ветви. Это требует детального рассмотрения в отдельной статье, раньше этот курс ТЭРЦ (теория электро- радиотехнических цепей) в институтах учили не менее двух лет. Поэтому ограничиваемся простым определением только для полной электрической цепи.
Особенности сопротивлений в источниках питания
Важно! Если сопротивление спирали на лампе мы видим на схеме и в реальной конструкции, то внутреннего сопротивления в конструкции гальванической батарейки, или аккумулятора, не видно. В реальной жизни, даже если разобрать аккумулятор, найти сопротивление невозможно, оно не существует как отдельная деталь, иногда его отображают на схемах.
Схема с отображением сопротивления источника ЭДС
Внутреннее сопротивление создается на молекулярном уровне. Токопроводящие материалы аккумулятора или другого источника питания генератора с выпрямителем тока не обладают 100% проводимостью. Всегда присутствуют элементы с частицами диэлектрика или металлов другой проводимости, это создает потери тока и напряжения в батарее. На аккумуляторах и батарейках нагляднее всего отображается влияние сопротивления элементов конструкции на величину напряжения и тока на выходе. Способность источника выдавать максимальный ток определяет чистота состава токопроводящих элементов и электролита. Чем чище материалы, тем меньше значение r, источник ЭДС выдает больший ток. И, наоборот, при наличии примесей ток меньше, r увеличивается.
В нашем примере аккумулятор имеет ЭДС 12В, к нему подключается лампочка, способная потреблять мощность 21 Вт, в этом режиме спираль лампы раскаляется до максимально допустимого накала. Формулировка проходящего через нее тока записывается как:
I = P\U = 21 Вт / 12В = 1,75 А.
Закон Ома для участка цепи
При этом спираль лампы горит в половину накала, выясним причину этого явления. Для расчетов сопротивления общей нагрузки (R + r) применяют законы Ома для отдельных участков цепей и принципы пропорциональности:
(R + r) = 12\ 1,75 = 6,85 Ом.
Возникает вопрос, как выделить из суммы сопротивлений величину r. Допускается вариант – измерить мультиметром сопротивление спирали лампы, отнять его от общего и получить значение r – ЭДС. Этот способ будет не точен – при нагревании спирали сопротивление значительно изменяет свою величину. Очевидно, что лампа не потребляет заявленной в ее характеристиках мощности. Ясно, что напряжение и ток для накаливания спирали малы. Для выяснения причины измерим падение напряжения на аккумуляторе при подключенной нагрузке, к примеру, оно будет 8 Вольт. Предположим, что сопротивление спирали рассчитывается с использованием принципов пропорциональности:
U/ I = 12В/1,75А = 6,85 Ом.
При падении напряжения сопротивление лампы остается постоянным, в этом случае:
- I = U/R = 8В/6,85 Ом = 1,16 А при требуемом 1.75А;
- Потери по току = (1,75 -1.16) = 0,59А;
- По напряжению = 12В – 8В = 4В.
Потребляемая мощность будет Р = UxI = 8В х 1.16А = 9,28 Вт вместо положенных 21 Вт. Выясняем, куда уходит энергия. За пределы замкнутого контура не может, остаются только провода и конструкция источника ЭДС.
Сопротивление ЭДС – r можно вычислить, используя потерянные величины напряжения и тока:
r = 4В/0.59А = 6,7 Ом.
Получается внутреннее сопротивление источника питания «сжирает» половину выделяемой энергии на себя, и это, конечно, не нормально.
Такое бывает в старых отработавших свой срок или бракованных аккумуляторах. Сейчас производители стараются следить за качеством и чистотой применяемых токоведущих материалов, чтобы снизить потери. Для того чтобы в нагрузку отдавалась максимальная мощность, технологии изготовления источников ЭДС контролируют, чтобы величина не превышала 0,25 Ом.
Зная закон Ома для замкнутой цепи, используя постулаты пропорциональности, можно легко вычислить необходимые параметры для электрических цепей для определения неисправных элементов или проектирования новых схем различного назначения.
Видео
Оцените статью:формула и определение, источник ЭДС
Взаимозависимость параметров системы в физике принято называть законом.
В электротехнике таковых было открыто несколько и один из главнейших — закон Ома для замкнутой цепи.
В данной статье он и все связанные с ним понятия рассматриваются подробно.
Закон Ома для замкнутой цепи
Электрическая цепь — это замкнутый контур из проводников и прочих токопроводящих элементов, по которому движутся свободные заряды, то есть протекает ток.
Какова причина их движения? Объяснить его действием электростатического поля нельзя: работа последнего при перемещении заряженной частицы по закольцованному контуру, как известно, равна нулю, а между тем в электросети в момент протекании тока явно совершается некая отличная от нуля работа — выделяется тепло, горит свет либо возникает магнитное поле.
Следовательно, должны быть какие-то иные силы, обуславливающие данное движение. Их называют сторонними (СС), а компонент электросхемы, в котором они проявляются, — источником тока (ИТ или двухполюсником). СС, преодолевая силы электростатического поля, «растаскивают» минусовые и плюсовые заряды в разные части ИТ (они называются полюсами), создавая разность потенциалов, и далее те движутся по сети под действием электростатического поля.
Аналогично подъемник «заряжает» потенциальной энергией поднимаемый груз, преодолевая силу гравитации, а циркуляционный насос — кинетической энергией частицы воды, создавая разность давлений. Электрическую сеть, включающую ИТ, называют полной или замкнутой. В противоположность ей, сеть вне двухполюсника называют внешней.
В разных ИТ сторонние силы создаются следующими способами:
- фотонным. Разность потенциалов возникает при взаимодействии фотонов (из этих частиц состоит свет) с полупроводниковыми материалами. Действующие по такому принципу ИТ называют солнечными батареями;
- химическим. На этом принципе основано действие гальванических элементов — батареек и аккумуляторов. К примеру, химическое разделение зарядов возникает при погружении в серную кислоту медного и цинкового электродов. Кислота изымает из каждого металла положительно заряженные ионы, но цинк отдает их легче и потому принимает относительно меди отрицательный заряд. Медный же электрод становится положительным полюсом, и если теперь соединить его с цинковым электродом проволокой, по ней потечет ток;
- электромагнитным. СС вызываются воздействием на проводник переменного магнитного поля. Изменение его параметров, то есть его «переменность», достигается за счет движения относительно него проводника: тот совершает обороты в поле либо, наоборот, магнит вращают вокруг проводника. На этом принципе основана работа электрогенераторов (в обиходе называются динамо-машинами).
Возникновение электротока в проводнике под действием переменного электромагнитного поля, называется электромагнитной индукцией. Двигая заряды q по сети, СС совершают некую работу А. Она, очевидно, пропорциональна величине перемещаемого q, а значит, при любой величине А и Q их соотношение остается константой и может выступать характеристикой двухполюсника. Ее называют электродвижущей силой (ЭДС).
Электродвижущая сила источника тока
Математическое выражение ЭДС, обозначенной буквой Ԑ, записывается так: Ԑ = А/q. Измеряют ЭДС в тех же единицах, что и напряжение — в вольтах (В). Из последнего выражения работа СС записывается как А = Ԑ * q. С другой стороны, работа СС, согласно закону сохранения энергии, должна равняться действию электрического тока. Последняя состоит в выделении тепла (рассматривается сеть постоянного тока с активным сопротивлением).
Выделяемое тепло, в соответствии с законом Дж.-Ленца, вычисляется как произведение квадрата силы тока и электросопротивления. Последняя характеристика присуща как внешней цепи — она обозначается через R, так и ИТ (сопротивление обмоток генератора или электролита, обозначаемое через r).
Математическая запись вышесказанного:
- теплота, выделяющаяся в ИТ: Q2 = I2 * r * t;
- работа СС: А = Ԑ * q = I2 * R * t + I2 * r * t.
Силой тока I, как известно, называют количество заряда, пересекающее поперечное сечение проводника за единицу времени: I = q / t. Значит, q = I * t, соответственно, Ԑ * q = E * I * t. Тогда получим: А = Е * q = Ԑ * I * t = I2 * R * t + I2 * r * t. Сократив обе части равенства на I * t, получим: Ԑ = I * R + I * r. Откуда I = Ԑ / (R + r).
Последнее выражение представляет собой математическую запись закона Ома для замкнутой (полной) электросхемы. Сила тока в сети находится в прямой зависимости от ЭДС его источника и в обратной – от полного сопротивления. Как ясно из определения, сумму сопротивлений внешней цепи и ИТ (R + r) называют ее полным сопротивлением.
Таким образом, закон Ома для участка сети, выражаемый формулой I = U / R, является частным случаем закона для полной цепи, в котором двухполюсник во внимание не берут. Из него следует, что U = I * R. Возвращаясь к записи Ԑ = I *R + I * r, можно Заменить I * R на U, и тогда получится: Ԑ = U + I * r.
Формула закона Ома для замкнутой цепи
Поскольку через R обозначалось сопротивление всех наружных проводников, U в данном выражении определяет напряжение на ее концах, то есть на клеммах ИТ. После переноса слагаемого из одной части равенства в другую, получим: U = Ԑ – I * r.
Напряжение на клеммах двухполюсника зависит от протекающего в сети тока. Когда электросеть разомкнута и сила тока равна нулю, U = Ԑ. При коротком замыкании (КЗ), когда ток приобретает максимально возможное значение, U = 0.
Коэффициент полезного действия
Любое устройство или механизм сообщенную ему извне энергию частично расходует на всевозможные потери, а ее оставшееся количество преобразует в работу. Она именуется полезной (Апол). Отношение полезной работы к общим затратам энергии, говорит об эффективности устройства. Такую характеристику называют коэффициентом полезного действия (КПД): КПД = Апол / А.
Коэффициент полезного действия источника тока
В электротехнике «полезной» называют работу тока во внешней цепи. В самом простом случае (постоянный ток, активное сопротивление) она равна количеству тепловыделения, то есть: Апол = Qвнеш = I2 * R * t. Выше было показано, что совокупная работа СС А = I2 * R * t + I2 * r * t, следовательно: КПД = Апол / А = I2 * R * t / (I2 * R * t + I2 * r * t) = R / (R + r).
Приведенная формула позволяет определить КПД ИТ. В соответствии с законом сохранения энергии, он не может быть больше единицы. Принято КПД указывать в процентах. Так, при его значении, к примеру равному 0,95, говорят, что КПД составляет 95%.
Источник ЭДС
Идеальный источник напряжения
При КЗ ток становится теоретически бесконечно большим. В самом деле, если в выражении закона Ома для полной цепи: I = Ԑ / (R + r) Если полное сопротивление приравнять к нулю, сила тока I достигает бесконечности.
Поэтому источник ЭДС представляет собой теоретический бесконечный источник мощности. В реальности подобное невозможно, так как при КЗ ток в электросети ограничивается сопротивлением двухполюсника (обмоток генератора или электролита гальванического элемента).
Реальный ИН представляет собой источник конечной мощности. На схемах его обозначают как идеальный ИН с подключенным к нему последовательно элементом, соответствующим сопротивлению ИТ.
Соединение источников тока
Если одного ИТ для работы устройства недостаточно, их устанавливают несколько. Характер работы такой группы зависит от способа соединения отдельных источников.
Есть три варианта:
- последовательное;
- параллельное;
- смешанное.
При последовательном подключении ИТ выстраивают в ряд, соединяя «плюсом» к «минусу». При этом заряды проходят по порядку через все источники, воспринимая энергию от каждого из них.
Следовательно, совокупные:
- ЭДС группы равна алгебраической сумме этих характеристик всех ИТ;
- сопротивления группы двухполюсников равно сумме соответствующих параметров каждого из них.
Если соединены n идентичных ИТ с ЭДС, равным Ԑ, и сопротивлением r, то эти параметры для группы окажутся, соответственно: Ԑ гр = n * E; Rгр = n * r. Тогда закон Ома для замкнутой цепи записывается в такой форме: I = (n * Ԑ) / (R + n * r).
Последовательное и параллельное соединение источников
Если направление от «минуса» к «плюсу» в источнике совпадает с движением часовой стрелки, то его ЭДС считается положительной. Электродвижущая сила, направленная в противоположную сторону, отрицательна.
Если внутреннее сопротивление источников в сравнении с R цепи пренебрежимо мало, а надо увеличить U на наружной сети, ИТ соединяют последовательно.
«Плюсы» ИТ, установленных параллельно, подсоединяются к одному концу системы проводников, а все «минусы» — к другому, при этом:
- каждый заряд набирает энергию только в одном ИТ, потому ЭДС группы равна одноименному параметру одного двухполюсника: Ԑ гр = Ԑ;
- через отдельно взятый ИТ протекает только доля потока, потому совокупное внутреннее сопротивление группы ниже внутреннего одного элемента в n раз: rгр = r / n. Здесь n — число ИТ в группе.
Здесь также рассматривается случай с одинаковыми ИТ. Закон Ома для полной цепи примет следующую форму: I = Ԑ / (R + (r / n)). Как видно, замена одного ИТ группой параллельно подключенных, приводит к увеличению I во внешней сети.
Соответственно, такой способ подключения применяют при необходимости повысить силу тока в электросети без увеличения напряжения, и сопротивление наружной сети соизмеримо с аналогичным параметром одного двухполюсника.
Видео по теме
Объяснение закона Ома для замкнутой цепи в видео:
Как видно, закон Ома для замкнутой электросхемы соотносит главные «электрические» параметры: силу тока, ЭДС источника напряжения и сопротивление. Потому его следует знать и понимать любому, кто стремится освоить электротехнику.
Закон Ома для электрической цепи
Электрический ток, как и любой процесс, подчиняется законам физики. Знаменитый немецкий физик Георг Симон Ом, именем которого названа единица измерения сопротивления, в 1826 году эмпирически вывел формулы, связывающие между собой ток, напряжение и сопротивление. Поначалу закон вызвал недоверие и критику в научных кругах. Затем правильность его рассуждений была подтверждена французом Клодом Пулье и труды Ома получили заслуженное признание.
Закон Ома для электрической цепи (полной)
Частный случай – закон Ома для участка цепи:
Обозначение | Единица измерения | Физический смысл |
| I | Ампер | Сила тока в цепи |
| ԑ | Вольт | Электродвижущая сила (э.д.с.) источника питания |
| r | Ом | Внутреннее сопротивление источника питания |
| R | Ом | Сопротивление нагрузки, подключенной и источнику |
| U | Вольт | Падение напряжения на сопротивлении нагрузки |
Добавим к этим формулам еще и электрическую мощность, выделяемую при прохождении тока:
В результате получается ряд формул, которые выводятся математически. Они связывают между собой все перечисленные физические величины.
Электродвижущая сила и внутреннее сопротивление
Электродвижущая сила источника напряжения характеризует его способность обеспечивать постоянную разность потенциалов на выводах. Эта сила имеет неэлектрическую природу: химическую у батареек, механическую – у генераторов.
Какова роль внутреннего сопротивления источника питания и что это такое? Допустим, вы замкнули накоротко выводы автомобильного аккумулятора медным проводником небольшого сечения. В физическом смысле вы подключили к источнику постоянного тока сопротивление, близкое к нулю. Если воспользоваться формулой для участка цепи, то через аккумулятор и проволоку должен пойти ток бесконечно большой величины. На деле этого не происходит, но проволока сгорит.
Теперь замкнем этой же проволокой батарейку. Ток через нее пойдет меньший. Это объясняется большим, чем у аккумулятора, значением внутреннего сопротивления. При малом сопротивлении нагрузки формула закона для полной цепи превращается в
В итоге ток через замкнутую накоротко батарейку будет иметь конечное значение, а мощность приведет к нагреву батарейки. Если бы мы замкнули аккумулятор более толстым проводом, выдержавшим ток короткого замыкания, то он ощутимо нагрел бы источник изнутри.
Э.Д.С. источника можно с некоторой точностью измерить вольтметром с высоким входным сопротивлением. Внутреннее же сопротивление источника нельзя измерить напрямую, а только рассчитать.
Закон Ома для переменного тока
На переменном токе в формуле закона Ома используется не активное, а полное сопротивление (Z).
Эта величина учитывает и активное, и реактивное сопротивление нагрузки, которое в свою очередь имеет индуктивную
и емкостную
составляющие.
Общее реактивное сопротивление цепи:
Знак (-) означает, что индуктивный и емкостной токи находятся в противофазе и друг друга компенсируют.
Оцените качество статьи:
формулировка и формула закона Ома для полной цепи
Помогите решить задачи по физике
Гигантская межпланетная станция-зоопарк, вращающаяся по геостационарной орбите, заполнена воздухом и населена многими представителями фауны. В одном и … з залов орёл летел с постоянной скоростью 3 м/с на высоте 8 м над лентой транспортёра. Лента двигалась навстречу ему со скоростью 1 м/с. Орёл заметил точно под собой на ленте порцию мяса и спустился к ней за минимально возможное время, развивая в ходе спуска относительно станции постоянное ускорение, величина которого 1,5 м/с2. Найдите время спуска. Ответ запишите в секундах, округлив до сотых.
Помогите решить задачу по физике.P.S. Ответ должен иметь решение.P.P.S. Спам не принимается.
Гигантская межпланетная станция-зоопарк, вращающаяся по геостационарной орбите, заполнена воздухом и населена многими представителями фауны. В одном и … з залов орёл летел с постоянной скоростью 3 м/с на высоте 8 м над лентой транспортёра. Лента двигалась навстречу ему со скоростью 1 м/с. Орёл заметил точно под собой на ленте порцию мяса и спустился к ней за минимально возможное время, развивая в ходе спуска относительно станции постоянное ускорение, величина которого 1,5 м/с2. Найдите время спуска. Ответ запишите в секундах, округлив до сотых.
луч света из воздуха на прозрачную плоскопараллельную пластинку с показателем преломления 1,5 перпендикулярно ее поверхности. Толщина пластинки 9мм. Н … айти в наносекундах время прохождения светом пластинки
Небольшое тело, двигаясь по окружности, прошло треть длины окружности с угловой скоростью ω1=+2 рад/с, и ещё две трети — с угловой скоростью ω2=+8 рад … /с. Найдите среднюю угловую скорость тела за время прохождения всей окружности. Ответ запишите в рад/с, округлив до целого числа. Ответ с объяснением
Частица перемещается из точки 1 в точку 3 один раз по Ломаной 123, а другой раз по отрезку прямой 13 (см. рис. 54а-б). Один раз на нее действует (кром … е других сил) Постоянная «вертикальная» сила F тяжести (см.{12}[/tex]) электронов. При этом было выполнено работы на 512 мДж. Чему равнялось напряжение между … точками перемещения электронов?
Cколько времени для перемещения 800 электронов при силе тока 64 мкА?
Закон Ома для полной цепи | Презентация к уроку по физике (10 класс) на тему:
Слайд 1
Здравствуйте !!! Надеюсь, Вы в прекрасном настроении.Слайд 2
Цели урока Образовательные: способствовать формированию знаний учащихся закона Ома для полной цепи. Ввести понятие электродвижущей силы, разъяснить содержание закона Ома для полной замкнутой цепи. Способствовать развитию логического мышления, самостоятельности, умение делать выводы, анализировать, обобщать. 3. Обеспечивать санитарно-гигиенические нормы при проведении урока, предупреждение утомляемости через смену деятельности учащихся. Обучающие: отработка у учащихся приемов учебно-познавательной деятельности; формирование умений применять полученные знания по математике и уроках физики при решении стандартных задач и объяснении теоретического материала; Развивающие: развитие самостоятельности учащихся в ходе решения прикладных задач и в экспериментальном поиске; развитие творческих способностей учащихся и познавательного интереса;
Слайд 3
Задачи урока: Образовательная: формирование ключевых компетентностей учащихся средствами современных педагогических технологий (технология личностно-ориентированного обучения, ИКТ, технология дифференцированного обучения, проблемно-поисковая технология, метод проектов) и внедрением компетентного подхода в учебный процесс Развивающая: развитие самостоятельного критического мышления и коммуникативных умений учащихся при работе в группах сменного состава Воспитательная: оказание педагогической помощи в выборе направления дальнейшего образования
Слайд 4
Георг Ом Да, электричество – мой задушевный друг, Согреет, развлечет, прибавит света. Опыты, проведенные Омом показали, что сила тока, напряжение и сопротивление – величины, связанные между собой.
Слайд 5
Повторение
Слайд 6
Электрический ток создают Единица силы тока Единица напряжения Единица сопротивления Формула Закона Ома для участка цепи Сила тока измеряется по формуле Прибор для измерения силы тока Прибор для измерения напряжения Прибор, сопротивление которого можно регулировать Амперметр включается в цепь Формула нахождения сопротивления За направление тока принято направление движения движущиеся заряженные частицы Ампер Вольт Ом I=U/R I = q/ t Амперметр Вольтметр Реостат последовательно R= ρ l/S положительно заряженных частиц
Слайд 7
При последовательном соединении проводников общее сопротивление цепи равно Сумме всех сопротивлений При параллельном соединении проводников сила тока в цепи… Равна сумме токов При параллельном соединении проводников напряжение в цепи… Одинаково на каждом проводнике С изменением напряжения или силы тока в цепи сопротивление… Не меняется
Слайд 8
Вычислите силу тока в спирали электрической плитки, включенной в сеть с напряжением 220В, если сопротивление спирали равно 100 Ом. 2. Сила тока , проходящая через нить лампы 0,3 А, напряжение лампы 6 В. Какое электрическое сопротивление нити лампы? 3. Сила тока в цепи 2 А, сопротивление резистора 110 Ом. Чему равно напряжение в цепи? 2,2 А 20 Ом 220 В
Слайд 9
Актуализация знаний. 1. Почему раньше удлинитель исправно работал, а тут вдруг загорелся? 2. Какое явление произошло? 3. Какой закон необходимо исследовать для теоретического объяснения данного явления?
Слайд 11
Вывод 1:Закон Ома для участка цепи: сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.
Слайд 12
Вольт-амперная характеристика проводника График, выражающий зависимость силы тока от напряжения, называется вольт-амперной характеристикой проводника.
Слайд 14
Вывод 2:Закон Ома для полной цепи: Закон Ома для участка цепи рассматривает только данный участок цепи, а закон Ома для полной цепи рассматривает полное сопротивление всей цепи. Оба закона Ома показывают зависимость силы тока от сопротивления – чем больше сопротивление, тем меньше сила тока и наоборот.
Слайд 15
Я брал куски цилиндрической проволоки произвольной длины из различных материалов и помещал их поочередно в цепь… Георг Ом … открытие Ома было скептически воспринято в научных кругах. Это отразилось и на развитии науки – скажем, законы распределения токов в разветвленных цепях были выведены Г. Кирхгофом лишь двадцать лет спустя, — и на научной карьере Ома
Слайд 16
Вопрос Закон Ома для участка цепи Закон Ома для полной цепи 1. Какие величины связывает закон Ома? 2. Как формулируется закон Ома? 3. Напишите формулу закон Ома 4. Напишите единицы измерения 5. Вывод
Слайд 17
Любые неэлектростатические силы, действующие на заряженные частицы, принято называть сторонними силами . Т.о. на заряды внутри источника, помимо кулоновских, действуют сторонние силы и осуществляют перенос заряженных частиц против кулоновских.
Слайд 18
+ — е F к → F ст → е F к → А В Силы электростатического происхождения не могут создать и поддерживать на концах проводника постоянную разность потенциалов (электростатические силы – консервативные силы) Необходим источник тока, в котором действуют силы неэлектростатического происхождения происхождения, способные поддерживать разность потенциалов на концах проводника
Слайд 20
Закон Ома для полной цепи Сила тока в цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника тока и обратно пропорциональна сумме электрических сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи. Сила тока (А) ЭДС-электродвижущая сила источника тока (В) Сопротивление нагрузки (Ом) Внутреннее сопротивление источника тока (Ом )
Слайд 21
Если на участке цепи не действует ЭДС (нет источника тока) U = φ 1 — φ 2 Если концы участка, содержащего источник тока, соединить, то их потенциал станет одинаков U = ε В замкнутой цепи напряжение на внешнем и внутреннем ее участках равно ЭДС источника тока ε = U внеш + U внутр
Слайд 22
Короткое замыкание При коротком замыкании R → 0, сила тока
Слайд 23
Вычислите токи короткого замыкания Источник тока ε ,В r , Ом I к.з., А Гальванический элемент 1,5 1 Аккумулятор 6 0,01 Осветительные сети 100 0,001 1,5 600 100 000
Слайд 24
Виды предохранителей Плавкие Автоматические Сетевые фильтры Щитки автоматические Щиток автоматический
Слайд 25
Решение задач: № 1 Гальванический элемент с ЭДС E = 5,0 В и внутренним сопротивлением r = 0,2 Ом замкнут на проводник сопротивлением R = 40,0 Ом. Чему равно напряжение U на этом проводнике? № 2 К аккумулятору с ЭДС и внутренним сопротивлением r =0,5 Ом, подключили лампочку сопротивлением R =100 Ом. Определить силу тока в цепи. № 3 Определить ЭДС источника тока с внутренним сопротивлением r = 0,3 Ом, если при подключении к клеммам источника тока параллельно соединенных резисторов R 1=10 Ом и R 2=6 Ом сила тока в цепи: I =3 A . В
Слайд 26
Решение задач: № 1 Гальванический элемент с ЭДС E = 5,0 В и внутренним сопротивлением r = 0,2 Ом замкнут на проводник сопротивлением R = 40,0 Ом. Чему равно напряжение U на этом проводнике? Ответ: U = 4,97 В. № 2 К аккумулятору с ЭДС и внутренним сопротивлением r =0,5 Ом, подключили лампочку сопротивлением R =100 Ом. Определить силу тока в цепи. № 3 Определить ЭДС источника тока с внутренним сопротивлением r = 0,3 Ом, если при подключении к клеммам источника тока параллельно соединенных резисторов R 1=10 Ом и R 2=6 Ом сила тока в цепи: I =3 A . В Ответ: 0,119 А Ответ: 12,15В
Слайд 27
Проведите аналогию
Слайд 28
Тест 1 Формула выражающая закон Ома для замкнутой цепи записывается как: а) I = U / R б) в) г)
Слайд 29
Тест 2.Ток короткого замыкания можно рассчитать по формуле: а) б) в) г)
Слайд 30
Тест (готовимся к ЕГЭ) 3.ЭДС аккумулятора с внутренним сопротивлением r =0,2 Ом, при подключении к нему сопротивления R =5 Ом равно… По цепи протекает ток I =1,5 A . А) 3 В Б) 12В В) 7,8 В Г) 12,2В
Слайд 31
Тест (готовимся к ЕГЭ) 4.Какое внутреннее сопротивление имеет источник тока с ЭДС В, если при замыкании его параллельно соединенными резисторами Ом и Ом в цепи протекает ток I =2 A . А) 26 Ом Б) 1,45 Ом В) 12 Ом Г) 2,45 Ом
Слайд 32
Ответы на тест: № 1 №2 №3 №4 Г В В Б
Слайд 33
Рефлексия А. Мне все понравилось. Я все понял Б. Мне понравилось, но я не все понял В. Все как всегда, ничего необычного Г. Мне не понравилось
Слайд 34
Домашнее задание § 107-108 читать,упр 19 №5,6. Задача (на дом): При подключении лампочки к батарее элементов с ЭДС 4,5 В вольтметр показал напряжение на лампочке 4 В, а амперметр – силу тока 0,25 А. Каково внутреннее сопротивление батареи? Спасибо за урок!
Слайд 35
Характеристики источника тока
Слайд 36
Роль источника тока Чтобы электрический ток в проводнике не прекращался, необходимо использовать устройство, которое переносило бы заряды от одного тела к другому в направлении, противоположном тому, в котором переносятся заряды электрическим полем. В качестве такого устройства используют источник тока .
Слайд 37
Источник тока — это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию. Существуют различные виды источников тока: Механический источник тока — механическая энергия преобразуется в электрическую энергию. К ним относятся : электрофорная машина (диски машины приводятся во вращение в противоположных направлениях. В результате трения щеток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака), динамо-машина, генераторы. Тепловой источник тока — внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию. Например, термоэлемент — две проволоки из разных металлов необходимо спаять с одного края, затем нагреть место спая, тогда между другими концами этих проволок появится напряжение. Применяются в термодатчиках и на геотермальных электростанциях.
Слайд 38
Световой источник тока — энергия света преобразуется в электрическую энергию. Например, фотоэлемент — при освещении некоторых полупроводников световая энергия превращается в электрическую. Из фотоэлементов составлены солнечные батареи. Применяются в солнечных батареях, световых датчиках, калькуляторах, видеокамерах. Химический источник тока — в результате химических реакций внутренняя энергия преобразуется в электрическую. Например, гальванический элемент — в цинковый сосуд вставлен угольный стержень. Стержень помещен в полотняный мешочек, наполненный смесью оксида марганца с углем. В элементе используют клейстер из муки на растворе нашатыря. При взаимодействии нашатыря с цинком, цинк приобретает отрицательный заряд, а угольный стержень — положительный заряд. Между заряженным стержнем и цинковым сосудом возникает электрическое поле. В таком источнике тока уголь является положительным электродом, а цинковый сосуд — отрицательным электродом. Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею. Источники тока на основе гальванических элементов применяются в бытовых автономных электроприборах, источниках бесперебойного питания. Аккумуляторы — в автомобилях, электромобилях, сотовых телефонах.
Объясните применение закона Ома к полному кругу физики класса 10 CBSE
Подсказка: Ом дали соотношение между тремя величинами: током, напряжением и сопротивлением цепи. Закон Ома гласит, что напряжение или разность потенциалов между двумя точками прямо пропорциональна току в цепи. Нарисуйте линейную цепь, содержащую батарею и сопротивление, и определите ток в цепи. Полный шаг за шагом Ответ:
У нас есть закон Ома, который гласит, что напряжение или разность потенциалов между двумя точками прямо пропорциональны току в цепи.Следовательно, мы можем выразить закон Ома как:
\ [V \ propto I \]
\ [\ Rightarrow V = IR \]
Где V — напряжение, I — ток, проходящий через цепь. Константа пропорциональности — это сопротивление цепи R.
Немецкий ученый Джордж Саймон Ом обнаружил взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением в цепи. Используя закон Ома, мы можем определить ток, протекающий по цепи, если известно сопротивление в цепи и ЭДС источника питания. нас.Например, давайте рассмотрим схему ниже.
В приведенной выше схеме сопротивление R соединено последовательно с батареей постоянного тока с ЭДС 12 В. Используя закон Ома, мы можем рассчитать ток в указанной выше схеме как:
\ [V = IR \]
\ [ \ Rightarrow 12 = \ left (I \ right) \ left ({200} \ right) \]
\ [\ поэтому I = 0,06 \, {\ text {A}} \]
Таким образом, неизвестный ток равен 0,06 ампер .
Дополнительная информация:
Мы знаем, что согласно закону Ома напряжение / ток = $ a $ константа, и эта константа — это сопротивление.Но сопротивление не остается постоянным. При изменении температуры материала изменяется и сопротивление. Закон не распространяется на односторонние сети. Односторонние сети позволяют току течь в одном направлении. Закон Ома также не применим к нелинейным элементам. Соотношение между V и I зависит от знака V, где V — напряжение, а I — ток в цепи.
Примечание. Закон Ома не применяется к односторонним сетям, в которых используются диоды, передатчики и т. Д.Если у нас есть несколько резисторов в цепи, закон Ома все еще применим. Чтобы определить ток, первое, что нам нужно сделать, это определить полное сопротивление в цепи. Если в цепи две ЭДС, мы не можем следовать закону Ома.
Закон ужасных омов
В предыдущей статье мы рассмотрели формулу мощности и обсудили взаимосвязь между мощностью, напряжением и током. Посмотрев на формулу мощности, теперь есть только одна формула, необходимая для решения практически всех электрических расчетов, это ужасный закон Ома.Мы не будем вдаваться в вывод формулы, но уделите минуту, чтобы прочитать следующую иллюстрацию:
Когда вы открываете кран, подключенный к садовому шлангу без насадки, вы увидите, что вода вытекает из другого конца. Поток воды через шланг подобен потоку электрического тока — электрический ток — это поток электронов через провод.
Если теперь вы положите большой палец на конец шланга и попытаетесь перекрыть поток воды, давление воды, которое вы почувствуете, будет похоже на напряжение.Напряжение — это давление, которое толкает электроны через провод. Что интересно, если ваш большой палец полностью перекрывает поток воды, давление (напряжение) воды все еще сохраняется. Наличие сопла на конце шланга и прекращение потока воды похоже на то, что к розетке в стене ничего не подключено — нет воды / тока, но давление / напряжение все еще есть. Следует отметить, что напряжение присутствует, даже если нет тока. Другой пример — автомобильный аккумулятор — на любой подключенный к нему провод всегда подается 12 Вольт, независимо от того, какой ток идет.
Вернемся к садовому шлангу. Если теперь переместить большой палец на конец шланга, можно изменить количество выходящей воды. То есть, изменяя сопротивление воде, вы меняете и поток. То же самое и в электрической цепи — измените сопротивление, и ток изменится соответственно. Давайте определим электрическое сопротивление как «сопротивление, блокирующее, препятствующее или ограничивающее ток, протекающий по цепи». Примеры сопротивления в цепи — электрическая лампочка или электрический прибор.
Если напряжение (давление воды) остается прежним, ток будет зависеть от сопротивления. Чем больше сопротивление, тем меньше ток. И наоборот, чем меньше сопротивление, тем больше ток. Это похоже на то, что чем больше вы перекрываете конец шланга, тем больше уменьшается поток воды, уменьшение сопротивления увеличивает поток воды.
Если сопротивление остается прежним, ток можно увеличивать или уменьшать, увеличивая или уменьшая напряжение (давление воды).
Георг Симон Ом
В 1827 году немец по имени Георг Симон Ом опубликовал книгу, описывающую взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Эта связь теперь известна как закон Ома. Закон Ома гласит, что ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.
Математически это выглядит так:
Ток = напряжение / сопротивление
Символы и единицы измерения напряжения и тока такие же, как и в формуле мощности.Обратите внимание на стандартные термины сопротивления.
| Имя | Символ | Единицы измерения |
|---|---|---|
| Текущий | I | ампер или ампер (A) |
| Напряжение | В | вольт (В) |
| Сопротивление | R | Ом (Ом) |
Следовательно, мы можем быстро записать эту формулу как:
I =
В / RПопулярный способ запомнить эту формулу и ее производные — это показанный здесь треугольник.Какую бы характеристику вы ни искали, прикройте ее пальцем, и формула, которая вам нужна, останется.
Пример 1. Чтобы найти напряжение в цепи, зная сопротивление и ток, коснитесь пальцем буквы «V», и формула будет I x R.
Пример 2: Чтобы найти ток в цепи, зная напряжение и сопротивление, приложите палец, чтобы закрыть «I», и формула: В / R
Пример 3: Чтобы найти сопротивление цепи, зная напряжение и ток, коснитесь пальцем буквы «R», и формула: В / I
Другими словами, формула в трех возможных формах:
В = I x R I =
В / R R = В / IИспользуя эти формулы и следующую схему, можно увидеть взаимосвязь между сопротивлением и током, при условии, что напряжение остается прежним.
Пример 1: Учитывая, что напряжение 220 В, а сопротивление 110 Ом (Ом), мы можем рассчитать ток по формуле:
I = В / R = 220 / 110 = 2 А
Пример 2: То же напряжение (220 В), но теперь сопротивление составляет всего 2 Ом.
I = В / R = 220 / 2 = 110 А
То есть, чем больше сопротивление, тем меньше ток может протекать.Кроме того, чем меньше сопротивление, тем больший ток может протекать.
Может быть полезно снова использовать аналогию с водой. Если у вас есть водопроводная труба большого диаметра, то через нее может протекать много воды (тока), потому что «сопротивление» низкое (отсутствие засоров). Если есть закупорка в трубе (сопротивление), то (текущий) поток уменьшается. Чем больше засорение (чем выше сопротивление), тем меньше (ток) протекания.
Этот принцип проиллюстрирован в примерах выше.В примере 1 сопротивление 110 Ом позволяло проходить через цепь только 2 ампера. В примере 2 небольшое сопротивление (2 Ом) позволяло протекать по цепи большому току в 110 ампер.
Сопротивление — это все, что сопротивляется току, протекающему по цепи. Лампочка — это сопротивление, как утюг, кухонный комбайн или плита. В электронике есть небольшие компоненты, называемые резисторами, которые имеют фиксированное известное значение. Даже простой кабель имеет некоторое сопротивление, на самом деле причина использования толстых кабелей заключается в том, чтобы уменьшить сопротивление и позволить большему току проходить через него (например, пожарный шланг больше, чем садовый шланг, поэтому через него может течь больше воды) .
P.S .: мы только что рассмотрели основные принципы закона Ома, но шшш, никому не говори.
Если вы находите математику запутанной, попробуйте простой калькулятор закона Ома.
Последовательный или параллельный
Часто вы не знаете, какое сопротивление в цепи, и вам не нужно это знать. Однако эти формулы по-прежнему очень полезны, но в основном для того, что на их основе выводится, а не для их непосредственного вычисления. Это длинный способ сказать: «пожалуйста, примите, что следующие концепции получены из приведенной выше формулы, и нам не нужно тратить время и силы на ее доказательство».
Концепция 1:
Рассмотрим схему из шести лампочек. Поскольку они подключаются друг за другом, говорят, что они подключены последовательно.
Интересно, что происходит с напряжением, током и сопротивлением.
Напряжение: «Входное напряжение» — это сумма напряжений на всех отдельных лампах. В этом примере индивидуальное напряжение на каждой лампе составляет 40 вольт, поэтому общее напряжение составляет 240 вольт.
Ток: Ток через каждый отдельный светильник такой же, как ток во всей цепи.Если ток, идущий в цепь, составляет 1 ампер, тогда ток через каждую отдельную лампу также составляет 1 ампер.
Сопротивление: Общее сопротивление равно сумме всех отдельных «последовательных» сопротивлений.
На практике этот тип цепи редко используется в доме. Это связано с тем, что если в дом поступает 240 вольт, и в нем шесть последовательно соединенных ламп, то каждый свет будет получать только одну шестую от этого напряжения, то есть 40 вольт. Однако этот тип схемы часто используется для гирлянды на елку e.г. 20 лампочек по 12 вольт каждая равны 240 вольт. Проблема с этой схемой в том, что если горит одна лампочка, то погаснут и все остальные. Это связано с тем, что проводное соединение со следующим светом оборвано, поэтому цепь не завершена.
Часто используется последовательная цепь с батареями. Когда батареи включены последовательно, общее напряжение равно сумме всех отдельных напряжений, а общий ток, протекающий по всей цепи, такой же, как ток, протекающий через любую одну батарею.Например: четыре батареи на 1,5 В 500 мА, соединенные последовательно друг с другом, составляют батарею на 6 В (4 x 1,5) при 500 мА.
КОНЦЕПЦИЯ 2:
Рассмотрим схему из шести лампочек. Поскольку они соединены друг с другом или параллельно друг другу, говорят, что они соединены параллельно.
То, что происходит с напряжением, током и сопротивлением в этом типе цепи, отличается от того, что происходит в последовательной цепи.
Напряжение: Напряжение на каждом индикаторе такое же, как «напряжение на входе».Если в цепь поступает 220 вольт, значит, 220 вольт на каждой отдельной лампе.
Ток: Ток, протекающий в цепи, представляет собой сумму токов в каждом отдельном источнике света. Если ток через каждую лампу составляет 1 ампер, то общий ток, поступающий в эту цепь, будет 6 ампер (6 x 1 ампер).
Сопротивление: общее сопротивление рассчитывается по сложной формуле, которую нам не нужно изучать на данном этапе. Достаточно сказать, что общее сопротивление меньше наименьшего индивидуального сопротивления.Вот формула для тех, кому действительно нужно знать:
На практике этот тип схемы используется в жилых домах. например Если у вас в доме 220 вольт, то все светильники и розетки (розетки) тоже 220 вольт, потому что они подключены параллельно.
Батареи также можно подключать параллельно. Выходное напряжение двух параллельно включенных батарей такое же, как у одной из батарей, но текущая емкость удваивается. Например: две автомобильные батареи на 12 вольт 100 ампер / час, подключенные параллельно, составляют эквивалент 12-вольтовой батареи на 200 ампер / час.Те же две батареи, соединенные последовательно, будут эквивалентны батарее на 24 вольта и 100 ампер / час.
Собираем все вместе
Некоторые люди в восторге от того, как формулу закона Ома можно подставить в нашу формулу Силы для создания новых формул. Те из вас, кто любит играть с формулами, могут понять, как это делается; в остальном просто согласитесь, что эта таблица показывает различные комбинации этих формул.
В этой таблице показаны все возможные комбинации с использованием двух изученных нами основных формул.Попробуйте воспользоваться калькулятором и проверьте следующие значения:
В = 12 В I = 2 А R = 6 Ом P = 24 Вт
Вы можете распечатать таблицу и прикрепить ее к футляру мультиметра или стене мастерской для использования в будущем.
Простой калькулятор для вычисления всех этих комбинаций доступен здесь.
Поздравляю, вы закончили читать эти первые две статьи об основах электротехники. Это было очень тяжело с теорией и всевозможными формулами, но теперь у вас есть основы для понимания большинства электрических и электронных принципов.
| В трех таблицах справа вы можете ввести два из трех факторов в (исходном) Законе Ома. Это напряжение (В) или (E), измеренное в вольтах, , ток или сила тока (I), измеренные в ампер, (амперы) и сопротивление (R), измеренное в Ом, . Третий фактор будет рассчитан для вас, когда вы нажмете кнопку «Рассчитать» для этой таблицы. Закон Ома: V = I x R, где V = напряжение, I = ток и R = сопротивление.Один Ом — это значение сопротивления, при котором один вольт будет поддерживать ток в один ампер . Георг Симон Ом был баварским физиком, который определил математический закон электрических токов, называемый законом Ома. В честь него была названа электрическая единица сопротивления Ом. Между 1825 и 1827 годами он разработал теорию или взаимосвязь, и это было ему приписано в конце 1827 года. В более поздние годы мы также приписали коэффициент мощности Ому. Мощность обычно обозначается сокращением (Вт) и измеряется в ваттах.Для расчета по закону Ома с мощностью, щелкните здесь . Чтобы проверить цветовую кодировку резисторов, используйте нашу таблицу цветовых кодов резисторов и калькулятор . Этот конвертер требует использования Javascript активных браузеров.
|
Анализ цепей
Развитие понимания схем — это первый шаг в изучении современных электронных устройств, которые доминируют в том, что становится известным как «век информации».«Базовый тип схемы, последовательная схема, представляет собой схему, в которой есть только один путь тока. Законы Кирхгофа предоставляют нам инструменты для анализа схемы любого типа.
Законы Кирхгофа
Закон Кирхгофа (KCL), названный в честь немецкого физика Густава Кирхгофа, гласит, что сумма всего тока, входящего в любую точку цепи, должна равняться сумме всего тока, выходящего из любой точки в цепи. Проще говоря, это еще один способ взглянуть на закон сохранения заряда .
Закон Кирхгофа о напряжении (KVL) гласит, что сумма всех падений потенциала в любом замкнутом контуре цепи должна быть равна нулю. Проще говоря, KVL — это метод применения закона сохранения энергии к цепи.
Вопрос: Резистор сопротивлением 3,0 Ом и резистор 6,0 Ом соединены последовательно в рабочую электрическую цепь. Если ток через резистор 3,0 Ом составляет 4,0 ампера, какова разница потенциалов на резисторе 6 Ом.Резистор 0 Ом?
Ответ: Для начала давайте нарисуем картину ситуации. Если через резистор сопротивлением 3 Ом протекает ток 4 ампера, то в соответствии с законом Кирхгофа через резистор 6 Ом должно протекать 4 ампера тока. Зная ток и сопротивление, мы можем рассчитать падение напряжения на 6-омном резисторе, используя закон Ома:
Резисторы
серии
Рассмотрим пример схемы, состоящей из трех резисторов сопротивлением 2000 Ом (2K):
В цепи есть только один путь тока, который проходит через все три резистора.Вместо использования трех отдельных резисторов 2K, мы могли бы заменить три резистора одним резистором с эквивалентным сопротивлением. Чтобы найти эквивалентное сопротивление любого количества последовательных резисторов, мы просто складываем их индивидуальные сопротивления:
Обратите внимание, что поскольку существует только один путь тока, одинаковый ток должен протекать через каждый из резисторов.
Таблицы VIRP
Простой и понятный метод анализа цепей включает создание таблицы VIRP для каждой обнаруженной цепи.Объединив свои знания о законе Ома, законе тока Кирхгофа, законе напряжения Кирхгофа и эквивалентном сопротивлении, вы можете использовать эту таблицу для определения деталей любой схемы.
Таблица VIRP описывает падение потенциала (V-напряжение), ток (I-ток), сопротивление (R) и рассеиваемую мощность (P-мощность) для каждого элемента в вашей цепи, а также для цепи в целом. . Давайте использовать нашу схему с тремя резисторами на 2000 Ом в качестве примера, чтобы продемонстрировать, как используется таблица VIRP.Чтобы создать таблицу VIRP, мы сначала перечисляем наши элементы схемы и итоги в строках таблицы, затем создаем столбцы для V, I, R и P:
| В | I | R | -P | |
|---|---|---|---|---|
| R1 | ||||
| R2 | ||||
| R3 | ||||
| Всего |
Далее мы заполняем информацию в таблице, которая нам известна.Например, нам известно общее напряжение в цепи (12 В), обеспечиваемое аккумулятором, и нам известны значения сопротивления для каждого отдельного резистора:
| В | I | R | -п. | |
|---|---|---|---|---|
| R1 | 2000 | |||
| R2 | 2000 | |||
| R3 | 2000 | |||
| Всего | 12 В |
После того, как мы введем нашу исходную информацию, мы также можем вычислить полное сопротивление или эквивалентное сопротивление всей цепи.В нашем случае это 6000 Ом:
| В | I | R | -п. | |
|---|---|---|---|---|
| R1 | 2000 | |||
| R2 | 2000 | |||
| R3 | 2000 | |||
| Всего | 12 В | 6000 |
Если я посмотрю на нижнюю (итоговую) строку моей таблицы, я знаю как падение напряжения (V), так и сопротивление (R).Зная эти два элемента, я могу рассчитать общий ток, протекающий в цепи, используя закон Ома, а также могу рассчитать общую мощность, рассеиваемую в цепи, используя свои формулы для электрической мощности:
Теперь я могу ввести дополнительную информацию в таблицу VIRP:
| В | I | R | -п. | |
|---|---|---|---|---|
| R1 | 2000 | |||
| R2 | 2000 | |||
| R3 | 2000 | |||
| Всего | 12 В | 0.002A | 6000 | 0,024 Вт |
Поскольку это последовательная схема, общий ток должен быть таким же, как ток через каждый отдельный элемент, поэтому я могу заполнить ток через каждый из отдельных резисторов:
| В | I | R | -п. | |
|---|---|---|---|---|
| R1 | 0.002A | 2000 | ||
| R2 | 0,002A | 2000 | ||
| R3 | 0,002A | 2000 | ||
| Всего | 12 В | 0,002A | 6000 | 0.024W |
Наконец, для каждого элемента в цепи я теперь знаю ток и сопротивление. Используя эти знания, я могу применить закон Ома, чтобы получить падение напряжения (V = IR), и формулу для мощности (P = I2R), чтобы заполнить таблицу.
| В | I | R | -п. | |
|---|---|---|---|---|
| R1 | 4 В | 0.002A | 2000 | 0,008 Вт |
| R2 | 4 В | 0,002A | 2000 | 0,008 Вт |
| R3 | 4 В | 0,002A | 2000 | 0,008 Вт |
| Всего | 12 В | 0,002A | 6000 | 0.024W |
Итак, что на самом деле говорит нам эта таблица теперь, когда она полностью заполнена? Нам известны падение потенциала на каждом резисторе (4 В), ток через каждый резистор (2 мА) и мощность, рассеиваемая каждым резистором (8 мВт). Кроме того, мы знаем, что полное падение потенциала для всей цепи составляет 12 В, и вся схема рассеивает 24 мВт мощности. Обратите внимание, что для последовательной цепи сумма отдельных падений напряжения на каждом элементе равна общей разности потенциалов в цепи, ток одинаков во всей цепи, а значения сопротивления и рассеиваемой мощности также складываются в общее сопротивление и общая рассеиваемая мощность.Они кратко изложены для вас в справочной таблице следующим образом:
Пример задачи
Параллельные цепи
Другой базовый тип схемы — это параллельная цепь, в которой имеется более одного пути тока. Для анализа резисторов в последовательной цепи мы нашли эквивалентное сопротивление.Мы будем следовать той же стратегии при параллельном анализе резисторов.
Параллельные резисторы
Давайте посмотрим на схему, состоящую из тех же компонентов, которые мы использовали в нашем исследовании последовательных схем, но теперь мы соединим наши компоненты, чтобы обеспечить несколько путей тока, создавая параллельную схему .
Обратите внимание, что в этой цепи электричество может проходить по одному из трех разных путей через каждый из резисторов. Во многом это похоже на реку, которая разветвляется на три разные более мелкие реки.Таким образом, каждый резистор вызывает падение потенциала (аналогично водопаду), затем три реки рекомбинируют, прежде чем вернуться к батарее, которую мы можем представить как насос, поднимая реку до более высокого потенциала, прежде чем отправить ее обратно. зацикленный путь.
Мы можем найти эквивалентное сопротивление резисторов, включенных параллельно, по формуле:
Будьте осторожны при использовании этого уравнения, так как при выполнении расчетов легко допустить ошибку. Посмотрим, сможем ли мы найти эквивалентное сопротивление для нашего образца схемы.
Анализ цепей
Мы снова можем использовать таблицу VIRP для анализа нашей схемы, начав с заполнения того, что мы знаем непосредственно из принципиальной схемы.
| В | I | R | -п. | |
|---|---|---|---|---|
| R1 | 2000 | |||
| R2 | 2000 | |||
| R3 | 2000 | |||
| Всего | 12 В |
Из принципиальной схемы также видно, что падение потенциала на каждом резисторе должно составлять 12 В, так как концы каждого резистора удерживаются аккумулятором с разницей в 12 В.
| В | I | R | -п. | |
|---|---|---|---|---|
| R1 | 12 В | 2000 | ||
| R2 | 12 В | 2000 | ||
| R3 | 12 В | 2000 | ||
| Всего | 12 В |
Затем мы можем ввести ток через каждый из отдельных резисторов, так как мы знаем падение напряжения на каждом резисторе, используя закон Ома (I = V / R), чтобы найти I = 0.006A.
| В | I | R | -п. | |
|---|---|---|---|---|
| R1 | 12 В | 0,006A | 2000 | |
| R2 | 12 В | 0,006A | 2000 | |
| R3 | 12 В | 0.006A | 2000 | |
| Всего | 12 В |
Используя закон Кирхгофа по току, мы можем увидеть, что если через каждый из резисторов протекает 0,006 А, все эти токи объединяются, образуя общий ток 0,018 А.
| В | I | R | -п. | |
|---|---|---|---|---|
| R1 | 12 В | 0.006A | 2000 | |
| R2 | 12 В | 0,006A | 2000 | |
| R3 | 12 В | 0,006A | 2000 | |
| Всего | 12 В | 0,018A |
Поскольку каждый из трех резисторов имеет одинаковое сопротивление, имеет смысл только то, что ток будет равномерно распределяться между ними.И мы можем подтвердить наш предыдущий расчет эквивалентного сопротивления, вычислив полное сопротивление цепи с помощью закона Ома:.
| В | I | R | -п. | |
|---|---|---|---|---|
| R1 | 12 В | 0,006A | 2000 | |
| R2 | 12 В | 0.006A | 2000 | |
| R3 | 12 В | 0,006A | 2000 | |
| Всего | 12 В | 0,018A | 667 |
Наконец, мы можем закончить нашу таблицу VIRP, используя любое из трех применимых уравнений для рассеяния мощности, чтобы найти:
| В | I | R | -п. | |
|---|---|---|---|---|
| R1 | 12 В | 0.006A | 2000 | 0,072 Вт |
| R2 | 12 В | 0,006A | 2000 | 0,072 Вт |
| R3 | 12 В | 0,006A | 2000 | 0,072 Вт |
| Всего | 12 В | 0.018A | 667 | 0,216 Вт |
Обратите внимание, что для резисторов, включенных параллельно, эквивалентное сопротивление всегда меньше, чем сопротивление любого из отдельных резисторов. Разность потенциалов на каждом из резисторов, включенных параллельно, одинакова, а ток через каждый из резисторов складывается в общий ток. Это кратко изложено для вас в справочной таблице:
Примеры задач
Давайте посмотрим на базовую задачу анализа параллельной цепи:
Аналогичным образом мы также сможем построить принципиальные схемы из описаний схемы:
Давайте рассмотрим последний пример задачи, на этот раз связанный с использованием амперметров при анализе нашей параллельной цепи:
Комбинированные последовательно-параллельные схемы
Цепь не обязательно должна быть полностью последовательной или параллельной.Фактически, в большинстве схем есть элементы обоих типов. Анализ этих цепей может быть выполнен с использованием основ, которые вы изучили при анализе последовательных и параллельных цепей по отдельности и их применении в логической последовательности.
Во-первых, ищите части схемы с параллельными элементами. Поскольку напряжение на параллельных элементах должно быть одинаковым, замените параллельные резисторы на эквивалентный одиночный резистор, включенный последовательно, и нарисуйте новую схему.Теперь вы можете проанализировать эквивалентную последовательную схему с помощью таблицы VIRP. После того, как ваша таблица будет заполнена, вернитесь к исходной схеме, используя KCL и KVL, пока не узнаете ток, напряжение и сопротивление каждого отдельного элемента в вашей цепи.
Вопрос: Найдите ток через R 2 в схеме ниже.
Ответ: Сначала найдите эквивалентное сопротивление для параллельных R 2 и R 3 .
Затем нарисуйте принципиальную электрическую схему как эквивалентную последовательную схему.
Теперь вы можете использовать свою таблицу VIRP для анализа цепи.
Таблица VIRP В I R -п. R 1 3.39 В 0,169A 20 0,57 Вт R 23 3,22 В 0,169A 19 0,54 Вт R 4 3,39 В 0,169A 20 0,57 Вт Всего 10 В 0.169A 59 1,69 Вт Следовательно, падение напряжения на R 2 и R 3 должно составлять 3,22 В. Отсюда вы можете применить закон Ома, чтобы найти ток через R 2 :
Сопротивление и простые схемы — College Physics
Что движет током? Мы можем думать о различных устройствах, таких как батареи, генераторы, розетки и т. Д., Которые необходимы для поддержания тока.Все такие устройства создают разность потенциалов и условно называются источниками напряжения. Когда источник напряжения подключен к проводнику, он создает разность потенциалов, которая создает электрическое поле. Электрическое поле, в свою очередь, воздействует на заряды, вызывая ток.
Закон Ома
Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к ним напряжению. Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) первым экспериментально продемонстрировал, что ток в металлической проволоке прямо пропорционален приложенному напряжению :
Это важное соотношение известно как закон Ома.Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, в которой напряжение является причиной, а ток — следствием. Это эмпирический закон, подобный закону трения — явление, наблюдаемое экспериментально. Такая линейная зависимость возникает не всегда.
Сопротивление и простые схемы
Если напряжение управляет током, что ему мешает? Электрическое свойство, препятствующее току (примерно такое же, как трение и сопротивление воздуха), называется сопротивлением. Столкновения движущихся зарядов с атомами и молекулами вещества передают энергию веществу и ограничивают ток.Сопротивление обратно пропорционально току, или
Так, например, при удвоении сопротивления ток уменьшается вдвое. Комбинируя отношения тока к напряжению и тока к сопротивлению, получаем
Это соотношение также называется законом Ома. Закон Ома в такой форме действительно определяет сопротивление определенных материалов. Закон Ома (как и закон Гука) не универсален. Многие вещества, для которых действует закон Ома, называются омическими. К ним относятся хорошие проводники, такие как медь и алюминий, и некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах.Омические материалы обладают сопротивлением, не зависящим от напряжения и тока. Объект с простым сопротивлением называется резистором , даже если его сопротивление невелико. Единицей измерения сопротивления является ом, который обозначается символом (заглавная греческая омега). Перестановка дает, и поэтому единицы сопротивления 1 Ом = 1 вольт на ампер:
(рисунок) показывает схему простой схемы. Простая схема имеет один источник напряжения и один резистор.Можно предположить, что провода, соединяющие источник напряжения с резистором, имеют незначительное сопротивление, или их сопротивление может быть учтено.
Простая электрическая цепь, в которой замкнутый путь для прохождения тока обеспечивается проводниками (обычно металлическими), соединяющими нагрузку с выводами батареи, представленными красными параллельными линиями. Зигзагообразный символ представляет собой единственный резистор и включает любое сопротивление в соединениях с источником напряжения.
Расчет сопротивления: автомобильная фара
Какое сопротивление проходит у автомобильной фары? 2.50 А течет при подаче на него 12,0 В?
Стратегия
Мы можем изменить закон Ома, как указано в, и использовать его, чтобы найти сопротивление.
Решение
Перестановка и замена известных значений дает
Обсуждение
Это относительно небольшое сопротивление, но оно больше, чем хладостойкость фары. Как мы увидим в разделе «Сопротивление и удельное сопротивление», сопротивление обычно увеличивается с повышением температуры, поэтому лампа имеет меньшее сопротивление при первом включении и потребляет значительно больший ток во время короткого периода прогрева.
Сопротивления варьируются на много порядков. Некоторые керамические изоляторы, например те, которые используются для поддержки линий электропередач, имеют сопротивление или более. Сухой человек может иметь сопротивление руки к ноге, тогда как сопротивление человеческого сердца составляет около. Кусок медного провода большого диаметра длиной в метр может иметь сопротивление, а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления (они неомичны). Сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит, как будет показано в разделах «Сопротивление и удельное сопротивление».
Дополнительные сведения можно получить, решив дать
Это выражение для можно интерпретировать как падение напряжения на резисторе, вызванное протеканием тока . Для этого напряжения часто используется фраза падение . Например, у фары на (Рисунок) падение составляет 12,0 В. Если напряжение измеряется в различных точках цепи, будет видно, что оно увеличивается на источнике напряжения и уменьшается на резисторе. Напряжение аналогично давлению жидкости.Источник напряжения подобен насосу, создающему перепад давления, вызывающему ток — поток заряда. Резистор похож на трубу, которая снижает давление и ограничивает поток из-за своего сопротивления. Здесь сохранение энергии имеет важные последствия. Источник напряжения подает энергию (вызывая электрическое поле и ток), а резистор преобразует ее в другую форму (например, тепловую энергию). В простой схеме (с одним простым резистором) напряжение, подаваемое источником, равно падению напряжения на резисторе, так как и то же самое течет через каждый.Таким образом, энергия, подаваемая источником напряжения, и энергия, преобразуемая резистором, равны. (См. (Рисунок).)
Падение напряжения на резисторе в простой цепи равно выходному напряжению батареи.
Установление соединений: сохранение энергии
В простой электрической цепи единственный резистор преобразует энергию, поступающую от источника, в другую форму. Здесь о сохранении энергии свидетельствует тот факт, что вся энергия, подаваемая источником, преобразуется в другую форму одним резистором.Мы обнаружим, что сохранение энергии имеет другие важные применения в схемах и является мощным инструментом анализа схем.
Калькулятор закона Ома
|
Закон Ома гласит, что ток через проводник между двумя точками прямо пропорционален напряжению в этих двух точках.Закон был назван в честь немецкого физика Георга Ома, который в трактате, опубликованном в 1827 году, описал измерения приложенного напряжения и тока через простые электрические цепи, содержащие провода различной длины.
Закон Ома был, вероятно, самым важным из первых количественных описаний физики электричества. Сегодня мы считаем это почти очевидным. Когда Ом впервые опубликовал свою работу, это было не так. Закон Ома остается верным для среднего тока в случае обычных резистивных материалов.
Резисторы— это элементы схемы, которые препятствуют прохождению электрического заряда в соответствии с законом Ома, и имеют определенное значение сопротивления R .
ЗаконОма справедлив для цепей, содержащих только резистивные элементы (без емкостей или индуктивностей) для всех форм управляющего напряжения или тока, независимо от того, является ли управляющее напряжение или ток постоянным (DC) или изменяющимся во времени, например (AC). В любой момент времени для таких цепей действует закон Ома.
Резисторы, включенные последовательно или параллельно, могут быть сгруппированы в одно «эквивалентное сопротивление», чтобы применить закон Ома при анализе цепи.
Примечание: Сопротивление нельзя измерить в рабочей цепи, поэтому закон Ома особенно полезен, когда его нужно вычислить. Вместо того, чтобы отключать цепь для измерения сопротивления, технический специалист, то есть инопланетянин, может определить R, используя вышеуказанный вариант закона Ома.
Теперь, если вы знаете напряжение (E) и сопротивление (R) и хотите знать , ток (I), разделите (E) на (R) (см. Уравнение выше).
И если вы знаете ток (I) и сопротивление (R) и хотите знать напряжение (E), умножьте (I) x (R) (см. Уравнение выше).
Если вы знаете напряжение (В) и ток (I) и хотите узнать сопротивление (R), разделите (E) на (I) (см. Уравнение выше).
Цепи, как и вся материя, состоят из атомов.Атомы состоят из субатомных частиц:
- Протоны (с положительным электрическим зарядом)
- нейтронов (бесплатно)
- Электроны (отрицательно заряженные)
Атомы остаются связанными силами притяжения между ядром атома и электронами в его внешней оболочке. Под воздействием напряжения атомы в цепи начинают преобразовываться, и их компоненты проявляют потенциал притяжения, известный как разность потенциалов.Взаимно привлеченные свободные электроны движутся к протонам, создавая поток электронов (ток) . Любой материал в цепи, который ограничивает этот поток, считается сопротивлением .
Что удерживает силы, связывающие всю материю вместе? Что поддерживает их постоянство? Щелкните по ссылкам ниже и узнайте на ICR.org
Субатомные частицы, часть 1: лептоны
Субатомные частицы, часть 2: Барионы, субстанция Космоса
Авторские права (c) 2016 AnyCalculator.com. Все права защищены. www.anycalculator.com.
Gen1.org (эволюция = миллионы лет + ваше воображение)Закон Ома
Закон Ома
Закон Ома описывает основные математические зависимости электричества. Закон был назван в честь немецкого физика Джорджа Симона Ома (1789–1854). По сути, закон Ома гласит, что ток (поток электронов) через проводник прямо пропорционален напряжению (электрическому давлению), приложенному к этому проводнику, и обратно пропорционален сопротивлению проводника.Единица измерения сопротивления называется ом. Символ ома — греческая буква омега (Ω). В математических формулах заглавная буква R обозначает сопротивление. Сопротивление проводника и приложенное к нему напряжение определяют количество ампер тока, протекающего по проводнику. Таким образом, сопротивление 1 Ом ограничивает ток до 1 ампера в проводнике, к которому приложено напряжение 1 вольт. Основная формула, полученная из закона Ома: E = I × R (E = электродвижущая сила, измеренная в вольтах, I = протекающий ток, измеренный в амперах, и R = сопротивление, измеренное в омах).Эта формула также может быть записана для определения тока или сопротивления:
Закон Ома обеспечивает основу математических формул, которые предсказывают, как электричество реагирует на определенные условия. [Рисунок 9-1] Например, закон Ома можно использовать для расчета того, что лампа с сопротивлением 12 Ом (Ом) пропускает ток 2 А при подключении к источнику питания постоянного тока на 24 В (DC).
Рисунок 9-1. Закон Ома используется для расчета силы тока, пропускаемого лампой при подключении к источнику постоянного тока напряжением 24 В.Пример 1
В цепи посадочного света на 28 В имеется лампа с сопротивлением 4 Ом. Рассчитайте полный ток цепи.
Пример 2
Цепь загрузки 28-вольтного устройства имеет ток 6,5 ампер. Рассчитайте сопротивление ботинка от льда.
Пример 3
Фонарь такси имеет сопротивление 4,9 Ом и общий ток 2,85 А. Рассчитайте напряжение в системе.
При поиске неисправностей в электрических цепях самолета всегда полезно учитывать закон Ома.Хорошее понимание взаимосвязи между сопротивлением и протеканием тока может помочь определить, есть ли в цепи обрыв или короткое замыкание. Если помнить о том, что низкое сопротивление означает повышенный ток, это может помочь объяснить, почему срабатывают автоматические выключатели или перегорают предохранители.
