история и формулы. :: SYL.ru

Что же собой представляет закон Ома для полной цепи? Итак, это формула, в которой наглядно видна связь основных параметров электрической цепи: тока, напряжения и сопротивления. Для того чтобы понять суть закона, давайте для начала разберемся с некоторыми понятиями.

Что называют электрической цепью?

Электроцепь – это путь в электрической схеме, которым протекают заряды (электрические элементы, провода и другие устройства). Конечно же, ее началом считается источник электропитания. Под воздействием электромагнитного поля, фотонных явлений или химических процессов электрические заряды стремятся перейти на противоположную клемму этого источника электропитания.

Что такое электрический ток?

Направленное движение заряженных частиц при воздействии на них электрического поля либо других сторонних сил и называется электрическим током. Его направление определяется направленностью протонов (положительных зарядов). Ток будет постоянным, если с течением времени не изменилась ни его сила, ни направление.

История закона Ома

При проведении экспериментов с проводником физику Георгу Ому удалось установить, что сила тока пропорциональна напряжению, которое приложено к его концам:

I / sim U или I = G / U,

где G – электропроводность, а величина R = 1 / G – электрическое сопротивление проводника. Это открытие было установлено знаменитым немецким физиком в 1827 году.

Законы Ома

Для полной цепи определение будет следующим: сила тока в электроцепи равна отношению электродвижущей силы (далее ЭДС) источника к сумме сопротивлений:

I = E / (R + r),

где R – сопротивление внешней цепи, а r – внутреннее сопротивление источника тока. Довольно часто формулировка закона вызывает затруднения, поскольку не всем знакомо понятие ЭДС, ее отличие от напряжения, далеко не все знают, что означает и откуда появляется внутреннее сопротивление. Для этого и нужны пояснения, ведь закон Ома для полной цепи имеет глубокий смысл.

Формулировку закона для участка цепи можно назвать прозрачной. Речь идет о том, что для ее понимания не нужны дополнительные разъяснения: ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению:

I = U / R.

Смысл

Закон Ома для полной цепи прочно связан с законом сохранения энергии. Давайте предположим, что источник тока не имеет внутреннего сопротивления. Что же в таком случае должно происходить? Оказывается, если бы отсутствовало сопротивление, то во внешнюю цепь отдавался бы ток большей величины, соответственно и мощность была бы большей.

Теперь пришло время разобраться с понятием электродвижущей силы. Эта величина представляет собой разность между электрическими потенциалами на клеммах источника, но только без какой-либо нагрузки. В качестве примера давайте возьмем напор воды в приподнятом баке. Уровень воды будет находиться на месте, пока ее не начнут расходовать. При открытии крана уровень жидкости будет уменьшаться, поскольку нет подкачки. Попадая в трубу, вода испытывает сопротивление, то же самое происходит и с электрическими зарядами в проводе.

При отсутствии нагрузок, клеммы находятся в разомкнутом состоянии, получается, что ЭДС и напряжение совпадают по величине. Если же мы, к примеру, включим лампочку, цепь замкнется, а электродвижущая сила создаст напряжение в ней, выполняя полезную работу. Часть энергии из-за внутреннего сопротивления рассеется (это называют потерями).

В том случае, если сопротивление потребителя меньше внутреннего, то на источнике тока выделяется большая мощность. И тогда происходит падение ЭДС во внешней цепи, а на внутреннем сопротивлении теряется существенная часть энергии. Суть законов сохранения заключается в том, что природа не может взять больше, чем отдать.

Хорошо знакома сущность внутреннего сопротивления обитателям «хрущевок», у которых в квартирах имеются кондиционеры, а старая проводка так и не была заменена. Электрический счетчик вращается с бешеной скоростью, нагревается розетка и стена в тех местах, где проходят старые алюминиевые провода, в результате чего кондиционер еле-еле охлаждает воздух в помещении.

Природа r

«Полный Ом» (как привыкли закон называть электрики) плохо понимается, поскольку у внутреннего сопротивления источника, как правило, не электрическая природа. Давайте разберемся с этим на примере солевой батарейки. Известно, что электрическая батарея состоит из нескольких элементов, мы же будем рассматривать лишь один. Итак, у нас имеется готовая батарея «Крона», состоящая из 7 последовательно соединенных элементов.

Как же происходит выработка тока? В сосуд с электролитом поместим угольный стержень в марганцевой оболочке, состоящий из положительных электродов или анодов. Конкретно в данном примере угольный стержень выступает токосъемником. Металлический цинк составляют отрицательные электроды (катоды). В покупных батарейках, как правило, гелевый электролит. Жидкий используется очень редко. В качестве отрицательного электрода выступает цинковый стаканчик с электролитом и анодами.

Оказывается, секрет батарейки кроется в том, что у марганца электрический потенциал не так высок, как у цинка. Поэтому электроны притягиваются к катоду, а он, в свою очередь, отталкивает положительно заряженные ионы цинка к аноду. В результате катод постепенно расходуется. Пожалуй, каждый знает, что если севшую батарейку своевременно не заменить, то она может потечь. С чем же это связано? Все очень просто: через разъединенный стаканчик начнет вытекать электролит.

При движении зарядов на угольном стержне в марганцевой оболочке накапливаются положительные заряды, в то время как на цинке собираются отрицательные. Поэтому их и называют анодом и катодом, однако внутри батарейки выглядят иначе. Разность между зарядами и создаст электродвижущую силу источника питания. Заряды прекратят движение в электролите, когда разность потенциалов материала электрода приравняется к величине ЭДС, а силы притяжения будут равны силам отталкивания.

Давайте теперь замкнем цепь: для этого достаточно подключить лампочку к батарейке. Проходя через искусственный источник света, заряды будут возвращаться каждый на свое место («дом»), а лампочка загорится. Внутри батарейки снова начнется движение электронов и ионов, поскольку заряды ушли наружу, и снова появилась притягивающая или отталкивающая сила.

На самом деле батарейка вырабатывает ток, почему и светится лампочка, происходит это за счет расхода цинка, превращающегося при этом процессе в иные химические соединения. Для извлечения чистого цинка, согласно закону сохранения энергии, нужно ее затратить, но не в электрическом виде (ровно столько же, сколько было отдано лампочке).

Теперь наконец-то мы можем разобраться с природой внутреннего сопротивления источника. В батарейке – это препятствие движению больших ионов. Движение электронов без ионов невозможно, потому что отсутствует сила притяжения.

В промышленных генераторах r появляется не только из-за электрического сопротивления обмоток, но и за счет внешних причин. Так, к примеру, в гидроэлектростанциях значение величины зависит от КПД турбины, сопротивления тока воды в водоводе, а также от потерь в механической передаче. Кроме того, некоторое влияние оказывает температура воды и то, насколько она заилена.

Переменный ток

Мы уже рассмотрели закон Ома для всей цепи для постоянного тока. Как же изменится формула при переменном токе? Прежде чем мы это узнаем, давайте охарактеризуем само понятие. Переменный ток – это движение электрически заряженных частиц, направление и значение которых изменяется с течением времени. В отличие от постоянного он сопровождается дополнительными факторами, порождающими новый вид сопротивления (реактивного). Свойственно оно конденсаторам и катушкам индуктивности.

Закон Ома для полной цепи для переменного тока имеет вид:

I = U / Z,

где Z – комплексное сопротивление, состоящее из активных и реактивных.

Не все так плохо

Закон Ома для полной цепи, помимо того что указывает на потери энергии, еще и подсказывает способы их устранения. Обычные электрики редко используют формулу нахождения комплексного сопротивления при наличии в схеме емкостей или индуктивностей. В большинстве случае ток измеряют клещами или специальным тестером. А когда известно напряжение, можно без затруднений вычислить комплексное сопротивление (если это действительно необходимо).

Закон Ома???:) — Спрашивалка

Закон Ома
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Просмотр этого шаблона Классическая электродинамика
VFPt Solenoid correct2.svg
Электричество · Магнетизм
[показать]Электростатика
[показать]Магнитостатика
[показать]Электродинамика
[показать]Электрическая цепь
[показать]Ковариантная формулировка
[показать]Известные учёные
См. также: Портал:Физика
V — напряжение,
I — сила тока,
R — сопротивление.

Зако́н О́ма — физический закон, определяющий связь электродвижущей силы источника или электрического напряжения с силой тока и сопротивлением проводника. Экспериментально установлен в 1826 году, и назван в честь его первооткрывателя Георга Ома.

В своей оригинальной форме он был записан его автором в виде : X\! = {a \over {b+l}} (1),

Здесь X — показания гальванометра, т.е в современных обозначениях сила тока I, a — величина, характеризующая свойства источника тока, постоянная в широких пределах и не зависящая от величины тока, то есть в современной терминологии электродвижущая сила (ЭДС) \varepsilon\!, l — величина, определяемая длиной соединяющих проводов, чему в современных представлениях соответствует сопротивление внешней цепи R и, наконец, b параметр, характеризующий свойства всей установки, в котором сейчас можно усмотреть учёт внутреннего сопротивления источника тока r[1].

В таком случае в современных терминах и в соответствии с предложенной автором записи формулировка Ома (1) выражает

Закон Ома для полной цепи:

I\! = {\varepsilon\! \over {R+r}}, (2)

где:

{\varepsilon\!} — ЭДС источника напряжения(В),
I\! — сила тока в цепи (А),
R\! — сопротивление всех внешних элементов цепи (Ом),
r\! — внутреннее сопротивление источника напряжения (Ом).

Из закона Ома для полной цепи вытекают следствия:

При r<<R сила тока в цепи обратно пропорциональна её сопротивлению. А сам источник в ряде случаев может быть назван источником напряжения
При r>>R сила тока от свойств внешней цепи (от величины нагрузки) не зависит. И источник может быть назван источником тока.

Часто[2] выражение:

U\! = IR (3)

(где U\! есть напряжение или падение напряжения, или, что то же, разность потенциалов между началом и концом участка проводника) тоже называют «Законом Ома».

Таким образом, электродвижущая сила в замкнутой цепи, по которой течёт ток в соответствии с (2) и (3) равняется:

{\varepsilon\!} = Ir + IR = U(r) + U (R) (4)

То есть сумма падений напряжения на внутреннем сопротивлении источника тока и на внешней цепи равна ЭДС источника. Последний член в этом равенстве специалисты называют «напряжением на зажимах», поскольку именно его показывает вольтметр, измеряющий напряжение источника между началом и концом присоединённой к нему замкнутой цепи.

В таком случае оно всегда меньше ЭДС.

К другой записи формулы (3), а именно:

I\! = {U \over R}, (5)

Применима другая формулировка:
« Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи. »

Выражение (5) можно переписать в виде:

I\! = {U G}, (6)

где коэффициент пропорциональности G назван проводимость или электропроводность. Изначально единицей измерения проводимости был «обратный Ом» — Mо[3], впоследствии переименованный в Си́менс (обозначение: См, S).
Содержание

1 Мнемоническая диаграмма для Закона

1.1 Закон Ома и ЛЭП
2 Закон Ома в дифференциальной форме
3 Закон Ома для переменного тока
4 Трактовка закона Ома
5 См. также
6 Примечания
7 Ссылки

Мнемоническая диаграмма для Закона
Схема, иллюстрирующая три составляющие закона Ома
Диаграмма, помогающая запомнить закон Ома. Нужно закрыть искомую величину, и два других символа дадут формулу для её вычисления

В соответствии с этой диаграммой формально может быть записано выражение:

R\!= {U \over I}, (7)

Которое всего лишь позволяет вычислить (применительно к известному току, создающему на заданном участке цепи известное напряжение), сопротивление этого участка.

Но математически корректное утверждение о том, что сопротивление проводника растёт прямо пропорционально приложенному к нему напряжению и обратно пропорционально пропускаемому через него току, физически ложно.

В специально оговорённых случаях сопротивление может зависеть от этих величин, но по умолчанию оно определяется лишь физическими и геометрическими параметрами проводника:

R\!= {\varrho l \over s}, (8)

где:

\varrho \! — удельное сопротивление материала, из которого сделан проводник,
l\! — его длина
s\! — площадь его поперечного сечения

Закон Ома и ЛЭП

Одним из важнейших требований к линиям электропередач (ЛЭП) является уменьшение потерь при доставке энергии потребителю. Эти потери в настоящее время заключаются в нагреве проводов, то есть переходе энергии тока в тепловую энергию, за что ответственно омическое сопротивление проводов. Иными словами задача состоит в том, чтобы довести до потребителя как можно более значительную часть мощности источника тока P\! = {\varepsilon\! I\!} при минимальных потерях мощности в линии передачи P (r)\! = UI , где U\! = Ir , причём r\! на этот раз есть суммарное сопротивление проводов и внутреннего сопротивления генератора, (последнее всё же меньше сопротивления линии передач).

2 (9)

Отсюда следует, что при постоянной передаваемой мощности её потери растут прямо пропорционально длине ЛЭП и обратно пропорционально квадрату ЭДС. Таким образом желательно всемерное её увеличение, что ограничивается электрической прочностью обмотки генератора. И повышать напряжение на входе линии следует уже после выхода тока из генератора, что для постоянного тока является проблемой. Однако, для переменного тока эта задача много проще решается с помощью использования трансформаторов, что и предопределило повсеместное распространение ЛЭП на переменном токе. Однако при повышении напряжения в ней возникают потери на коронирование и возникают трудности с обеспечением надёжности изоляции от земной поверхности. Поэтому наибольшее, практически используемое, напряжение в дальних ЛЭП не превышает миллиона вольт.

Кроме того, любой проводник, как показал Дж. Максвелл, при изменении силы тока в нём, излучает энергию в окружающее пространство, и потому ЛЭП ведёт себя как антенна, что заставляет в ряде случаев наряду с омическими потерями брать в расчёт и потери на излучение.
Закон Ома в дифференциальной форме

Сопротивление R\! зависит как от материала, по которому течёт ток, так и от геометрических размеров проводника.

Полезно переписать закон Ома в так называемой дифференциальной форме, в которой зависимость от геометрических размеров исчезает, и тогда закон Ома описывает исключительно электропроводящие свойства материала. Для изотропных материалов имеем:

\mathbf{j} = \sigma \mathbf{E}

где:

\mathbf{j} — вектор плотности тока,
\sigma\! — удельная проводимость,
\mathbf{E} — вектор напряжённости электрического поля.

Все величины, входящие в это уравнение, являются функциями координат и, в общем случае, времени. Если материал анизотропен, то направления векторов плотности тока и напряжённости могут не совпадать. В этом случае удельная проводимость является тензором ранга (1, 1).

Раздел физики, изучающий течение электрического тока в различных средах, называется электродинамикой сплошных сред.

Закон Ома для переменного тока

Вышеприведённые соображения о свойствах электрической цепи при использовании источника (генератора) с переменной во времени ЭДС остаются справедливыми. Специальному рассмотрению подлежит лишь учёт специфических свойств потребителя, приводящих к разновремённости достижения напряжением и током своих максимальных значений, то есть учёта фазового сдвига.

Если ток является синусоидальным с циклической частотой \omega, а цепь содержит не только активные, но и реактивные компоненты (ёмкости, индуктивности), то закон Ома обобщается; величины, входящие в него, становятся комплексными:

\mathbb{U} = \mathbb{I} \cdot Z,

где:

U = U0eiωt — напряжение или разность потенциалов,
I — сила тока,
Z = Re−iδ — комплексное сопротивление (импеданс),
R = (Ra2 + Rr2)1/2 — полное сопротивление,
Rr = ωL − 1/(ωC) — реактивное сопротивление (разность индуктивного и емкостного),
Rа — активное (омическое) сопротивление, не зависящее от частоты,
δ = − arctg (Rr/Ra) — сдвиг фаз между напряжением и силой тока.

При этом переход от комплексных переменных в значениях тока и напряжения к действительным (измеряемым) значениям может быть произведён взятием действительной или мнимой части (но во всех элементах цепи одной и той же!) комплексных значений этих величин.

{i(\omega t + \varphi)}, что \operatorname{Im} \mathbb{U} = U. Тогда все значения токов и напряжений в схеме надо считать как F=\operatorname{Im} \mathbb{F}

Если ток изменяется во времени, но не является синусоидальным (и даже периодическим), то его можно представить как сумму синусоидальных Фурье-компонент. Для линейных цепей можно считать компоненты фурье-разложения тока действующими независимо.

Также необходимо отметить, что закон Ома является лишь простейшим приближением для описания зависимости тока от разности потенциалов и от сопротивления и для некоторых структур справедлив лишь в узком диапазоне значений. Для описания более сложных (нелинейных) систем, когда зависимостью сопротивления от силы тока нельзя пренебречь, принято обсуждать вольт-амперную характеристику. Отклонения от закона Ома наблюдаются также в случаях, когда скорость изменения электрического поля настолько велика, что нельзя пренебрегать инерционностью носителей заряда.
Трактовка закона Ома

Закон Ома можно просто объяснить при помощи теории Друде:

\vec j=\frac{n \cdot e_0^{2}\cdot\tau}{m} \cdot\vec E=\sigma\cdot\vec E

Здесь:

\! \sigma — электрическая удельная проводимость
\! n — концентрация электронов
\! e_0 — элементарный заряд
\! \tau — время релаксации по импульсам (время, за которое электрон «забывает» о том в какую сторону двигался)
\! m — эффективная масса электрона

См. также

10 лет

0

Назад к основам… повторение закона Ома

Электрикам необходимо быть в курсе закона Ома и некоторых других математических теорий, чтобы выполнять свои повседневные задачи. Дэвид Херрес предлагает этот курс повышения квалификации.

В осеннем выпуске журнала «Электрические соединения» за 2012 год мы обсуждали закон Ома и формулы, которые электрики должны использовать для расчета мощности, тока или напряжения, когда известны две другие переменные.

Эти формулы представлены графически в колесе закона Ома.

В центре колеса находятся четыре величины, любая из которых может быть неизвестна вначале:
•    P (мощность) измеряется в ваттах.
•    E (электродвижущая) сила измеряется в вольтах.
•    I (интенсивность) измеряется в амперах.
•    R (сопротивление) измеряется в Омах.
Закон Ома утверждает, как вы можете видеть в правом верхнем квадранте, что E=IxR. Точно так же каждая из трех других величин может быть выражена как функция известных количеств.

Электрики часто обращаются к этим формулам. Часто используется I=E/R.

Ценность этой формулы заключается в том, что, когда известно напряжение (что почти всегда происходит, потому что вы знаете свою систему напряжения), можно найти ток в амперах, поскольку мощность указана в ваттах. Очень часто вы будете сталкиваться с прибором, таким как водонагреватель, мощностью 5500 Вт. Он состоит из двух элементов, каждый из которых рассчитан на эту мощность. Они никогда не включаются одновременно. Таким образом, номинальный ток равен 5500, деленным на номинальное напряжение системы. (Всегда используйте номинальное, а не измеренное напряжение.) Это 230. Сила тока, соответственно, равна 24. Поскольку водонагреватель для бытовых нужд считается постоянной нагрузкой, значение 24 А умножается на 1,25, чтобы получить минимальный размер цепи 30 А. . Используется выключатель на 30А с медным проводом 10AWG.

Это один из наиболее распространенных расчетов, выполняемых электриком, определяющий номинал цепи в амперах, размер выключателя и размер провода на основе номинала в ваттах нагрузки. В большинстве случаев расчет состоит из деления ватт на вольты, чтобы найти амперы. Чтобы помочь запомнить формулу, обратите внимание, что ватты обычно появляются в числителе, а вольты — в знаменателе. Также под чертой указаны различные факторы, которые могут быть применены к величине напряжения. Эти коэффициенты могут быть выражены в процентах или десятичном множителе. Примерами являются коэффициент мощности, КПД (для трансформатора) или цифра 1,73, связанная с трехфазными силовыми цепями.

Что нужно помнить о Колесе Закона Ома, так это то, что это не какое-то таинственное механическое устройство, приспособленное к космосу, а просто графическое представление в круговом формате некоторых фундаментальных числовых соотношений.

Вольт-амперы, а не ватты часто указываются на паспортной табличке прибора или в формулах. Для постоянного тока и частот 50 Гц и 60 Гц большинства энергосистем по всему миру ватты и вольтамперы почти одинаковы. Однако с увеличением частоты они расходятся.

Еще одна важная формула, представленная в колесе закона Ома, — P=I2xR. Эта формула, известная как закон Джоуля, утверждает, что мощность в ваттах, например, тепло, рассеиваемое любой резистивной нагрузкой, пропорциональна величине тока в амперах, умноженной на величину сопротивления в омах. Энергия может представлять собой полезную работу, выполняемую таким устройством, как вращающийся электродвигатель (который частично является резистивной нагрузкой), или она может рассеиваться в окружающее пространство. На самом деле полезная работа может быть, а может и не быть, например, распиловка пиломатериалов, но всегда есть тепловыделение, обычно считающееся полной потерей.

Эта формула полезна не столько для выполнения каких-либо конкретных расчетов, сколько для того, чтобы помочь нам понять поток энергии. Всякий раз, когда есть электрическая цепь, которая не разомкнута, есть поток энергии от источника к нагрузке. Если вы визуализируете эту передачу энергии, нарисовав при необходимости схему, где есть несколько путей разветвления, это будет большим подспорьем в поиске и устранении неисправностей неисправного оборудования и обнаружении неисправностей. Поскольку количество тока возводится в квадрат, а сопротивление не возводится в квадрат, это означает, что I гораздо важнее, чем R, при определении значения P. Кроме того, при постоянном количестве мощности, когда R увеличивается, I уменьшается. Когда I увеличивается, R уменьшается. R и I2 обратно пропорциональны и прямо пропорциональны P. Полезно понимать эти отношения, чтобы визуализировать работу всех электрических цепей.

С этой концепцией связана первая из нескольких теорем, посвященных полному сопротивлению в электрических сетях. Она известна как Теорема Кирхгофа, состоящая из:
•    Закона тока Кирхгофа, утверждающего, что сумма электрических токов, втекающих в любой узел электрической цепи, равна сумме вытекающих токов; и,
•    Закон напряжения Кирхгофа, утверждающий, что сумма электрических напряжений вокруг замкнутой цепи должна быть равна нулю.
Опытные электрики хорошо знакомы с теоремой и связанными с ней законами, даже если приведенная выше формулировка не имеет для них значения. Каждый раз, когда вы измеряете напряжение с помощью мультиметра или измеряете силу тока с помощью клещевого амперметра, вы обращаетесь к этим фундаментальным соотношениям. Вольтметр подключают параллельно к источнику питания любой из последовательных нагрузок. Если это инструмент с высоким импедансом, он будет потреблять незначительное количество тока и не повлияет на работу схемы. Амперметр прямого считывания подключается последовательно со всеми последовательными нагрузками. Это прибор с низким импедансом, и его последовательное соединение также не повлияет на работу схемы.

Следует помнить, что в любой параллельной ветви электрической цепи ток везде одинаков. Если есть только один путь тока, ток везде одинаков, в том числе внутри источника питания. Помня об этом фундаментальном принципе, вы облегчите поиск и устранение неисправностей и сможете понять смысл проводимых вами измерений.

Некоторые другие сетевые теоремы — это теоремы эквивалентности Тевенина и Нортона. Они полезны при анализе сложных цепей, где применим закон Ома, но его трудно применить, поскольку имеется несколько источников питания и ответвлений цепи. Они полезны при управлении распределительными системами коммунального масштаба.

Для ремонта электрооборудования обычно важно понимать, как оно работает. Три общих компонента — это резистор, конденсатор и катушка индуктивности.

Когда они соединены последовательно или параллельно, применяются следующие формулы:

• Резисторы последовательно – R _ВСЕГО = R ₁ + R ₂ + . . .
• Параллельные резисторы – R _ВСЕГО =1/(1/R ₁ + 1/R ₂ + . . .)
• Конденсаторы последовательно – C _ВСЕГО = 1/(1/C ₁ + 1/C ₂ + . . .)
• Параллельный конденсатор – C _ВСЕГО = C ₁ + C ₂ + . . .
• Катушки индуктивности последовательно – L _ВСЕГО = L ₁ + L ₂ + . . .
• Катушки индуктивности параллельно – L _ВСЕГО =1/(1/L ₁ + 1/L ₂ + . . .)

Несколько простых наблюдений продемонстрируют, как работают эти формулы.

Когда резисторы соединены последовательно, это не отличается от изготовления одного резистора большего размера. Если рассматривать один резистор как состоящий из отдельных сегментов, вы можете видеть, что эти сегменты соединены последовательно. Тот же анализ применим к катушкам индуктивности. Для конденсаторов верно обратное.

Два параллельно включенных конденсатора эквивалентны одному конденсатору с пластинами большего размера, поэтому их емкости являются аддитивными.

Закон Ома-Удовлетворение, Формула, Решенные Примеры

Что такое Закон Ома ?

Закон Ома устанавливает связь между разностью потенциалов и током в цепи. Ток в цепи зависит от напряжения и ее сопротивления цепи. Закон Ома устанавливает взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением. Георг Симон Ом экспериментировал, чтобы найти связь между электрическим током и напряжением.

После своего эксперимента Ом пришел к выводу, что ток, протекающий в цепи, пропорционален разности потенциалов на проводнике. Эта зависимость между током и напряжением известна как закон Ома. Мы также обсудим этот закон, где он не применим к каким типам устройств.

Закон Ома гласит, что ток в цепи равен;

• Пропорционально напряжению, приложенному к цепи, , если температура постоянна.

Почему по закону Ома температура поддерживается постоянной?

Увеличение сопротивления при повышении температуры в зависимости от температурного коэффициента сопротивления. Ток, протекающий в цепи, равен I = V/R. Если сопротивление не остается постоянным, ток будет меняться и закон Ома в этом случае не работает. Поэтому в ходе эксперимента по установлению зависимости между напряжением и током температура должна быть постоянной.

Объяснение закона Ома

Когда мы увеличиваем напряжение на проводнике, ток также увеличивается в той же пропорции, что и разность потенциалов на проводнике. Проводник имеет определенное сопротивление. Обозначим сопротивление символом R. Единица сопротивления Ом. Его символ Ω.

Ток линейно увеличивается с увеличением падения потенциала на сопротивлении. Схема эксперимента по закону Ома приведена ниже. Источник переменного напряжения подключается через сопротивление.

Зависимость между напряжением, током и сопротивлением

Результаты эксперимента приведены в таблице ниже.

Рабочий лист закона Ома

Из приведенных выше результатов видно, что ток, протекающий через сопротивление, прямо пропорционален напряжению на сопротивлении. Если мы нарисуем график между I и V, график будет прямой линией.

График закона Ома

Уравнение закона Ома

Уравнение прямой линии;

Математически мы можем записать эту связь как;

Где 1/R — константа. R — сопротивление цепи. Мы можем записать это уравнение и в других формах.

Формула закона Ома

Уравнение V= IR можно записать в следующих формах.

Мы можем использовать ту же формулу, применив ее для расчета тока и сопротивления соответственно.

Закон Ома Магический треугольник

Мы можем использовать приведенный ниже магический треугольник, чтобы запомнить различные уравнения этого закона для решения для различных переменных (V, I и R).

Применение закона Ома

Основные применения этого закона следующие.

• Для расчета напряжения, сопротивления и тока в цепи.
• Используется для разработки схемы для поддержания падения напряжения на компоненте схемы.
• Он также предназначен для расчета значения сопротивления шунта для амперметра постоянного тока, чтобы отвести требуемый ток через шунт. (Шунт представляет собой маломощное сопротивление с незначительными потерями мощности)
• В регуляторе потолочного вентилятора сопротивления сопротивление выбирается по этому закону.
• Мы используем этот закон для проектирования схемы делителя тока.
• В схеме делителя напряжения мы используем этот закон, чтобы получить желаемое выходное напряжение на резисторе делителя напряжения.

Ограничения закона Ома

Ниже приведены ограничения;

• Ток может течь в одном направлении в односторонних устройствах , таких как диод и транзистор. Этот закон неприменим, поскольку эти устройства пропускают ток только в одном направлении. Этот закон не распространяется на односторонние устройства.
• Нелинейные устройства потребляют ток в разной пропорции к приложенному напряжению. Причиной нелинейности напряжения и тока является изменяющееся сопротивление нелинейных устройств. Сопротивление нелинейных устройств не остается постоянным. Следовательно, этот закон неприменим к нелинейным устройствам. Примерами нелинейных устройств являются тиристор, тиристор, IGBT и т. д.

Решенные задачи по закону Ома

Пример 1: Если сопротивление электрического чайника равно 60 Ом и через сопротивление протекает ток силой 4 А . Найдите напряжение между двумя точками.

Решение:

Здесь I = 4 А, R = 60 Ом

напряжение ( В) = IR

Подставляя значения в уравнение, получаем Вольты

Пример 2: Определить величину тока, проходящего через 100 Ом; резистор с напряжением 100 В.

Решение:

R = 100 Ом
V = 100 Вольт
I = 100/100 = 1 Ампер.

Пример 3: Найдите ток I через резистор сопротивлением R = 3 Ом, если напряжение на резисторе равно 6 В.