Site Loader

Содержание

Как найти силу тока протекающего через лампу

Как найти силу тока

С проблемой определения силы тока сталкиваются и при решении задач, и в повседневной жизни. Вычислить этот параметр для проводника или электрической цепи можно не только путем проведения измерений, но и при помощи формул.

В проводнике

Основными величинами, характеризующими электрический ток, являются сила, напряжение и сопротивление. Взаимосвязь между ними была установлена экспериментальным путем в 1826 году Георгом Омом. В последствии она была сформулирована в виде закона, который и был назван в честь ученого.

Определение

Закон Ома: сила тока в участке цепи или проводнике обратно пропорциональна сопротивлению и прямо пропорциональна напряжению.

Рассчитать силу тока в проводнике также можно, если разделить мощность на напряжение.

При протекании тока происходит нагревание проводника. И по количеству выделившегося тепла на основании закона Джоуля-Ленца возможно провести вычисление силы тока.

В цепи

Реальный источник тока всегда обладает своим внутренним сопротивлением.

Определение

Закон Ома для полной цепи формулируется так: сила тока в полной цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника тока и обратно пропорциональна сумме внутреннего и внешнего сопротивления.

Формулы

Закон Ома для участка цепи:

\(I=\frac UR\)

где R — сопротивление проводника, а U — напряжение.

Закон Ома для полной цепи:

\(I=\frac\Sigma{R+r}\)

где ε — электродвижущая сила источника тока, R + r — сумма сопротивлений источника и внешней нагрузки.

Формула, для определения силы тока по мощности и напряжению:

\(I=\frac PU\)

где P — мощность, а U — напряжение.

Определение

Закон Джоуля-Ленца: при протекании по проводнику тока происходит выделение тепла (Q), которое равно произведению квадрата силы тока (I) на время (t), которое он протекал и на сопротивление проводника (R).

Математически формула выглядит так:

\(Q=I^2Rt\)

Исходя из нее можно вывести еще одну формулу для расчета силы тока:

\(I=\sqrt{\frac Q{Rt}}\)

Параметры постоянного тока

Как и всякая физическая величина, постоянный электрический ток характеризуется целым рядом параметров, имеющих непосредственное к нему отношение и отношение к взаимосвязанным с ним величинам.

Величина постоянного тока (сила тока)

Прежде чем говорить о силе тока, определимся с таким понятием, как электрический заряд, выражающий способность тел участвовать в электромагнитных явлениях типа создания электромагнитного поля и электромагнитного взаимодействия.

Впервые это понятие было введено в конце XVIII века французским учёным Шарлем Кулоном, сформулировавшим тогда же свой знаменитый закон о силе взаимодействия между точечными зарядами в зависимости от разделяющего их расстояния. В честь него единица измерения электрического заряда (количества электричества) стала называться «Кулон» (Кл).

Только опираясь на понятие электрического заряда, можно говорить о величине (силе) тока, формула расчёта которого (для равномерного движения зарядов) выглядит следующим образом:

I = Q/t

Что можно выразить следующими словами: сила тока прямо пропорциональна количеству зарядов, проходящих через поперечное сечение проводника за единицу времени. Здесь:

  • I – ток, измеряемый в амперах (Андре Мари-Ампер – ещё один французский физик, внёсший значительный вклад в теорию электромагнетизма).
  • Q – электрический заряд, измеряемый в кулонах или ампер-часах (А·ч). 1 А·ч = 3600 Кл.
  • t – единица времени.

Для измерения силы тока используются амперметры, включаемые последовательно с источником электрического тока.

Плотность тока

Ещё одно важное понятие, необходимое в целях правильного выбора токопроводящего сечения линий электропередачи. Плотность тока это:. j = I/S

j = I/S

Где: I – сила тока в амперах. S – площадь поперечного сечения в м2. J – плотность тока в А/м2 или А/мм2.

Электродвижущая сила (ЭДС)

Электродвижущая сила (ЭДС) – это величина, характеризующая работу первичного источника электрической энергии по созданию постоянного электрического тока.

E = A/Q

E – электродвижущая сила (ЭДС), измеряемая в вольтах (Алессандро Вольта – известнейший итальянский физик). A – работа, измеряемая в джоулях (Джеймс Прескотт Джоуль – английский физик, внёсший значительный вклад в развитие термодинамики).

Электрическое напряжение

Электрическое напряжение – это величина, показывающая работу эффективного электрического поля, затраченную на перенос единичного пробного заряда из точки A в точку B.

UAB = φA – φB + EAB

φA – φB – разница потенциалов между точками A и B. EAB – электродвижущая сила, возникающая на искомом участке цепи постоянного тока. Здесь все величины измеряются в вольтах. Для определения величины напряжения применяются вольтметры, подключаемые параллельно участку измерения напряжения.

Последовательное соединение резисторов

Рассмотрим электрическую цепь, в которой три резистора расположены последовательно, т.е. друг за другом. Общее их сопротивление (R) будет рано сумме сопротивлений отдельного резистора (r).

R=r1+r2+r3

Для наглядности примера, в качестве резисторов рассмотрим обычные 40 Вт лампы накаливании. В данном случае вольфрамовая нить обладает своим сопротивлением и ее вполне можно считать резистором. Также введем понятие мощности нагрузки или резистора (P), которая измеряется в ватах (Вт).

Она имеет прямолинейную зависимость от силы тока и напряжения и вычисляется по формуле: P=Iх U.  С помощью несложных вычислений мы можем найти силу тока на резисторе, в качестве которого выступает лампочка.

Сила тока (I) = Мощность лампы (Р) / Напряжение (U) = 40 Вт / 220 В = 0,1818 А.

Для последовательного соединения элементов в электрической цепи справедливо правило, что силы тока протекающие через все проводники одинакова. Таким образом сила тока в резисторе r2 или r3 также будет 0,1818 А. Но в нашем варианте с лампочками будет отмечена одна особенность – яркость свечения уменьшится. Это происходит из-за того, что резистор выступает в качестве делителя напряжения. Этот нюанс часто используют для продления срока службы не ответственных устройств. Например, впаяв сопротивление перед лампочкой можно продлить срок ее службы, но при этом придется смерится с недостатком освещенности.

§ 37. Сила тока. Единицы силы тока

Действия электрического тока, которые были описаны в § 35, могут проявляться в разной степени — сильнее или слабее. Опыты показывают, что интенсивность (степень действия) электрического тока зависит от заряда, проходящего по цепи в 1 с.

Когда свободная заряженная частица — электрон в металле или ион в растворе кислот, солей или щелочей — движется по электрической цепи, то вместе с ней происходит и перемещение заряда. Чем больше частиц переместится от одного полюса источника тока к другому или просто от одного конца участка цепи к другому, тем больше общий заряд q, перенесённый частицами.

Ампер Андре Мари (1775-1836)
Французский физик и математик, создал первую теорию, которая выражала связь электрических и магнитных явлений. Ввёл в физику понятие «электрический ток».

Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника в 1 с, определяет силу тока в цепи. Значит, сила тока равна отношению электрического заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения t, т. е.

I = q/t

где I — сила тока.

На Международной конференции по мерам и весам в 1948 г. было решено в основу определения единицы силы тока положить явление взаимодействия двух проводников с током. Ознакомимся сначала с этим явлением на опыте.

На рисунке 60 изображены два гибких прямых проводника, расположенных параллельно друг другу. Оба проводника подсоединены к источнику тока. При замыкании цепи по проводникам протекает ток, вследствие чего они взаимодействуют — притягиваются или отталкиваются, в зависимости от направления токов в них.

Рис. 60. Взаимодействие проводников с током

Силу взаимодействия проводников с током можно измерить

Эта сила, как показывают расчёты и опыты, зависит от длины проводников, расстояния между ними, среды, в которой находятся проводники, и, что самое важное для нас, от силы тока в проводниках. Если одинаковы все условия, кроме силы токов, то, чем больше сила тока в каждом проводнике, тем с большей силой они взаимодействуют между собой. Представим теперь себе, что взяты очень тонкие и очень длинные параллельные проводники

Расстояние между ними 1 м, и находятся они в вакууме. Сила тока в них одинакова

Представим теперь себе, что взяты очень тонкие и очень длинные параллельные проводники. Расстояние между ними 1 м, и находятся они в вакууме. Сила тока в них одинакова.

За единицу силы тока принимают силу тока, при которой отрезки таких параллельных проводников длиной 1 м взаимодействуют с силой 2 • 10-7 Н (0,0000002 Н).

Эту единицу силы тока называют ампером (А). Так она названа в честь французского учёного Андре Ампера.

Применяют также дольные и кратные единицы силы тока: миллиампер (мА), микроампер (мкА), килоампер (кА).

1мА = 0,001 А;

1 мкА = 0,000001 А;

1кА=1000А.

Чтобы представить себе, что такое ампер, приведём примеры: сила тока в спирали лампы карманного фонаря 0,25 А = 250 мА. В осветительных лампах, используемых в наших квартирах, сила тока составляет от 7 до 400 мА (в зависимости от мощности лампы).

Через единицу силы тока — 1 А определяется единица электрического заряда — 1 Кл, о которой было сказано в § 28.

Так как I = q/t, то q = It. Полагая I = 1 А, t = 1 с, получим единицу электрического заряда — 1 Кл.

1 кулон = 1 ампер • 1 секунду,

или

1Кл = 1А • 1с = 1А • с.

За единицу электрического заряда принимают электрический заряд, проходящий сквозь поперечное сечение проводника при силе тока 1 Аза время 1 с.

Из формулы q = It следует, что электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника, зависит от силы тока и времени его прохождения. Например, в осветительной лампе, в которой сила тока равна 400 мА, сквозь поперечное сечение спирали за 1 мин проходит электрический заряд, равный 24 Кл.

Электрический заряд имеет также другое название — количество электричества.

Сила тока в различных потребителях электроэнергии

Вопросы

  1. От чего зависит интенсивность действий электрического тока?
  2. Какой величиной определяется сила тока в электрической цепи?
  3. Как выражается сила тока через электрический заряд и время?
  4. Что принимают за единицу силы тока? Как называется эта единица?
  5. Какие дольные и кратные амперу единицы силы тока вы знаете?
  6. Как выражается электрический заряд (количество электричества) через силу тока в проводнике и время его прохождения?

Упражнение 24

  1. Выразите в амперах силу тока, равную 2000 мА; 100 мА; 55 мА; 3 кА.
  2. Сила тока в цепи электрической плитки равна 1,4 А. Какой электрический заряд проходит через поперечное сечение её спирали за 10 мин?
  3. Сила тока в цепи электрической лампы равна 0,3 А. Сколько электронов проходит через поперечное сечение спирали за 5 мин?

Где может пригодиться этот закон Джоуля-Ленца?

В электротехнике есть понятие длительно допустимого тока протекающего по проводам. Это такой ток, который провод способен выдержать длительное время (то есть, бесконечно долго), без разрушения провода (и изоляции, если она есть, потому что провод может быть и без изоляции). Конечно, данные вы теперь можете взять из ПУЭ (Правила устройства электроустановок), но получали эти данные исключительно на основе закона Джоуля-Ленца.

В электротехнике так же используются плавкие предохранители. Их основное качество – надёжность срабатывания. Для этого используется проводник определенного сечения. Зная температуру плавления такого проводника можно вычислить количество теплоты, которое необходимо, чтобы проводник расплавился от протекания через него больших значений тока, а вычислив ток, можно вычислить и сопротивление, которым такой проводник должен обладать. В общем, как вы уже поняли, применяя закон Джоуля-Ленца можно рассчитать сечение или сопротивление (величины взаимозависимы) проводника для плавкого предохранителя.

А ещё, помните, мы говорили про . Там на примере лампочки я рассказывал парадокс, что более мощная лампа в последовательном соединении светит слабее. И наверняка помните почему: падение напряжения на сопротивлении тем сильнее, чем меньше сопротивление. А поскольку мощность — это , а напряжение очень сильно падает, то и выходит, что большое сопротивление выделит большое количество тепла, то есть, току придется больше потрудиться, чтобы преодолеть большое сопротивление. И количество тепла, которое выделит ток при этом можно посчитать с помощью закона Джоуля-Ленца. Если брать последовательное соединение сопротивлений, то использовать лучше выражение через квадрат тока, то есть, изначальный вид формулы:

А для параллельного соединения сопротивлений, поскольку ток в параллельных ветвях зависит от сопротивления, в то время, как напряжение на каждой параллельной ветви одинаковое, то формулу лучше всего представить через напряжение:

Примерами работы закона Джоуля-Ленца вы все пользуетесь в повседневной жизни – в первую очередь это всевозможные нагревательные приборы. Как правило, в них используется нихромовая проволока и толщина (поперечное сечение) и длина проводника подбираются с учётом того, чтобы длительное тепловое воздействие не приводило к стремительному разрушению проволоки. Точно таким же образом добиваются свечения вольфрамовой нити в лампе накаливания. По этому же закону определяют степень возможного нагрева практически любого электротехнического и электронного устройства.

В общем, несмотря на кажущуюся простоту, закон Джоуля-Ленца играет в нашей жизни очень огромную роль. Этот закон дал большой толчок для теоретических расчётов: выделение тепла токами , вычисление конкретной температуры дуги, проводника и любого другого электропроводного материала, потери электрической мощности в тепловом эквиваленте и т.д.

Вы можете спросить, а как перевести Джоули в Ватты и это довольно частый вопрос в интернете. Хотя вопрос несколько неверный, читая далее, вы поймёте почему. Ответ довольно прост: 1 дж = 0.000278 Ватт*час, в то время, как 1 Ватт*час = 3600 Джоулей. Напомню, что в Ваттах измеряется потребляемая мгновенная мощность, то есть непосредственно используемая пока включена цепь. А Джоуль определяет работу электрического тока, то есть мощность тока за промежуток времени. Помните, в законе Ома я приводил аллегорическую ситуацию. Ток – деньги, напряжение – магазин, сопротивление – чувство меры и денег, мощность – количество продуктов, которые вы сможете на себе унести (увезти) за один раз, а вот как далеко, как быстро и сколько раз вы сможете их увезти – это работа. То есть, сравнить работу и мощность никак не получается, но можно выразить в более понятных нам единицам: Ваттах и часах.

Думаю, что теперь вам не составит труда применить закон Джоуля-Ленца в практике и теории, если таковое потребуется и даже сделать перевод Джоулей в Ватты и наоборот. А благодаря пониманию, что закон Джоуля-Ленца это произведение электрической мощности на время, вы сможете более легко его запомнить и даже, если вдруг забыли основную формулу, то помня всего лишь закон Ома можно снова получить закон Джоуля-Ленца. А я на этом с вами прощаюсь.

Знаменитый русский физик Ленц и английский физик Джоуль, проводя опыты по изучению тепловых действий электрического тока, независимо друг от друга вывели закон Джоуля-Ленца. Данный закон отражает взаимосвязь количества теплоты, выделяемого в проводнике, и электрического тока, проходящего по этому проводнику в течение определенного периода времени.

Как зависит сила тока в проводнике от сопротивления этого проводника

Различные действия тока, такие, как нагревание проводника, магнитные и химические действия, зависят от силы тока. Изменяя силу тока в цепи, можно регулировать эти действия. Но чтобы управлять током в цепи, надо знать, от чего зависит сила тока в ней. Мы знаем, что электрический ток в цепи — это упорядоченное движение заряженных частиц в электрическом поле. Чем сильнее действие электрического поля на эти частицы, тем, очевидно, и больше сила тока в цепи. Но действие поля характеризуется физической величиной — напряжением. Поэтому можно предположить, что сила тока зависит от напряжения. Установим, какова эта зависимость, на опыте.

На рисунке изображена электрическая цепь, состоящая из источника тока — аккумулятора, амперметра, спирали из никелиновой проволоки, ключа и параллельно присоединенного к спирали вольтметра. Замыкают цепь и отмечают показания приборов. Затем присоединяют к первому аккумулятору второй такой же аккумулятор и снова замыкают цепь. Напряжение на спирали при этом увеличится вдвое, и амперметр покажет вдвое большую силу тока. При трех аккумуляторах напряжение на спирали увеличивается втрое, во столько , же раз увеличивается сила тока. Таким образом, опыт показывает, что во сколько раз увеличивается напряжение, приложенное к одному и тому же проводнику, во столько же раз увеличивается сила тока в нем. Другими словами, сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника. На рисунке показан график зависимости силы тока в проводнике от напряжения между концами этого проводника. На графике в условно выбранном масштабе по горизонтальной оси отложено напряжение в вольтах, а по вертикальной — сила тока в амперах.

Зависимость силы тока от напряжения мы уже установили. На основании опытов было показано, что сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника

Следует обратить внимание, что при проведении опыта сопротивление проводника не менялось, одна и та же спираль служила участком цепи, на котором измеряли напряжение и силу тока. При проведении физических опытов, в которых определяют зависимость одной величины от другой, все остальные величины должны быть постоянными, если они будут изменяться, то установить зависимость будет сложнее

Поэтому, определяя зависимость силы тока от сопротивления, напряжение на концах проводника надо поддерживать постоянным. Чтобы ответить на вопрос, как зависит сила тока в цепи от сопротивления, обратимся к опыту. На рисунке изображена электрическая цепь, источником тока в которой является аккумулятор. В эту цепь по очереди включают проводники, обладающие различными сопротивлениями. Напряжение на концах проводника во время опыта поддерживается постоянным. За этим следят по показаниям вольтметра. Силу тока в цепи измеряют амперметром. Ниже в таблице приведены результаты опытов с тремя различными проводниками: В первом опыте сопротивление проводника 1 Ом и сила тока в цепи 2 А. Сопротивление второго проводника 2 Ом, т.е. в два раза больше, а сила тока в два раза меньше. И наконец, в третьем случае сопротивление цепи увеличилось в четыре раза и во столько же раз уменьшилась сила тока. Напомним, что напряжение на концах проводников во всех трех опытах было одинаковое, равное 2 В. Обобщая результаты опытов, приходим к выводу: сила тока в проводнике обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Зависимость силы тока от напряжения на концах участка цепи и сопротивления этого участка называется законом Ома по имени немецкого ученого Ома, открывшего этот закон в 1827 г. Закон Ома читается так: сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению: I=U/R здесь I — сила тока в участке цепи, U — напряжение на этом участке, R — сопротивление участка. Закон Ома — один из основных физических законов. На рисунке зависимость силы тока от сопротивления проводника при одном и том же напряжении на его концах показана графически. На этом графике по горизонтальной оси в условно выбранном масштабе отложены сопротивления проводников в омах, по вертикальной — сила тока в амперах. Из формулы I=U/R — следует, что U=IR и R=U/I . Следовательно, зная силу тока и сопротивление, можно по закону Ома вычислить напряжение на участке цепи, а зная напряжение и силу тока — сопротивление участка. Сопротивление проводника можно определить по формуле R=U/I , однако надо понимать, что R — величина постоянная для данного проводника и не зависит ни от напряжения, ни от силы тока. Если напряжение на данном проводнике увеличится, например, в 3 раза, то во столько же раз увеличится и сила тока в нем, а отношение напряжения к силе тока не изменится.

Источник

Вариант 2

1. Сила тока, идущего по проводнику, равна 2 А. Какой заряд проходит по проводнику за 10 минут?

1) 0,2 Кл
2) 5 Кл
3) 20 Кл
4) 1200 Кл

2. При увеличении напряжения U на участке электрической цепи сила тока I в цепи изменяется в соответствии с графиком (см. рисунок). Электрическое сопротивление на этом участке цепи равно

1) 2 Ом
2) 0,5 Ом
3) 2 мОм
4) 500 Ом

3. Если увеличить в 2 раза напряжение между концами проводника, а его длину уменьшить в 2 раза, то сила тока, протекающего через проводник

1) не изменится
2) уменьшится в 4 раза
3) увеличится в 4 раза
4) увеличится в 2 раза

4. Сопротивление участка цепи, изображенного на рисунке, равно

1) 11 Ом
2) 6 Ом
3) 4 Ом
4) 1 Ом

5. На цоколе лампы накаливания написано: «150 Вт, 220 В». Найдите силу тока в спирали при включении в сеть с номинальным напряжением

1) 0,45 А
2) 0,68 А
3) 22 А
4) 220 000 А

6. Проволочная спираль, сопротивление которой в нагретом состоянии равно 55 Ом, включена в сеть с напряжением 127 В. Какое количество теплоты выделяет эта спираль за 1 минуту?

1) 17,595 кДж
2) 20 кДж
3) 230 кДж
4) 658,5 кДж

7. Установите соответствие между физическими величинами и единицами измерения этих величин. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА

А) Сила тока
Б) Сопротивление
В) Работа электрического тока

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ

1) Джоуль
2) Ватт
3) Вольт
4) Ампер
5) Ом

Запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

8. Электродвигатель подъемного крана подключен к источнику тока напряжением 380 В, при этом сила тока в обмотке 20 А. Определите КПД подъемного крана, если он поднимает груз массой 1 т на высоту 19 м за 50 с.

PunKot › Блог › Замер мультиметром напряжения аккумулятора и утечки тока в авто

Недавно я столкнулся с проблемами с аккумулятором — машина не заводится.Аккумулятор я купил новый, но все же захотел проверить машину — а вдруг утечка где есть. Захотеть-то — захотел, но как это сделать? Нашел в интернете я информацию и решил поделиться со всеми.Для этого нам понадобится мультимер. Самый распространенный и недорогой выглядит примерно так:

Для понятности я нашел картинку, где расписаны все значения мультиметра

Итак, приступим.1) Замер напряжения аккумулятораДля измерения напряжение с помощью мультиметра, необходимо включить его в режим измерения постоянного напряжения, при этом диапазон установить выше максимального значения напряжения на заряженном аккумуляторе, заряженный аккумулятор имеет около 12,7 вольт, поэтому выбираем — DCV, 20 вольт. Далее нужно подключить черный щуп мультиметра на минус аккумулятора, красный щуп на плюс АКБ и снять показания с дисплея мультиметра.

Теперь перейдем к утечке тока.В любой машине есть минимальный ток утечки (порядка 50-80мА.)Охранная сигнализация обычно потребляет около 20–25 мА, память контроллера системы впрыска – 5 мА, память магнитолы – 3 мА, так же потребляет ток приборка и блок центрального замка. В итоге получается около 60мА. С такими затратами тока аккумулятор прослужит несколько лет, не подводя хозяина. Но если утечка тока составляет больше чем 60-80мА, тогда аккумулятор будет быстро садится.

2) Замер утечки токаДля начала нужно Мультиметр поставить в режим измерения тока на 10 или 20 Ампер.

Как определить утечку тока в разрыв массы:Снимаем «-» клемму с АКБОдин из провод амперметра подключаем к «-» АКБДругой на снятый провод (полярность на цифровом мультиметре не имеет значения)

Как определить утечку тока в разрыв плюса:Отключите плюсовую клемму от аккумулятораПодключите амперметр минусовой клеммой — к контактной клемме автомобиляПлюсовой клеммой — к АКБ

Технология определения утечки тока:Подготовьте автомобиль к тестированию (отключите магнитолу, габариты, освещение в салоне и т.д.)Через минуту подключите амперметр в разрыв цепи и снимите показания (особенность автосигнализаций такова, что они становятся на охрану не раньше чем через минуту)Как увидели на амперметре ток утечки, то начинаем вытаскивать и ставить обратно по порядку предохранители и реле — станет понятно какая цепь дает утечку, когда ток придет в норму.

Надеюсь моя запись поможет кому-то и избавит от необходимости листать интернет в поисках информации.Здесь рассмотрены только основные моменты работы с мультиметром и аккумулятором авто. А возможности мультиметра очень обширны, не зря его назвали МУЛЬТИ, что значит много.

Работа тока

При упорядоченном движении заряженных частиц в проводнике электрическое поле совершает работу. Эту работу принято называть работой тока.

Если за промежуток времени Δt через поперечное сечение произвольного участка проводника проходит заряд Δq, то электрическое поле за это время совершит работу (см. § 1.19)

А = AqU,

где U — напряжение на концах проводника. Так как сила тока

Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения на этом участке и времени, в течение которого совершалась работа.

Согласно закону сохранения энергии эта работа должна быть равна изменению энергии рассматриваемого участка цепи. Поэтому энергия, выделяемая на данном участке цепи за время Δt, равна работе тока .

Если в формуле (2.7.1) выразить либо напряжение через силу тока (U = IR), либо силу тока через напряжение то получим еще две формулы для работы тока:

Формула (2.7.1) является универсальной, так как для ее вывода мы пользовались только законом сохранения энергии, который справедлив во всех случаях. Формулы (2.7.2) и (2.7.3) получены из формулы (2.7.1) с помощью закона Ома для однородных участков цепи. Поэтому эти формулы справедливы только в том случае, когда работа тока полностью идет на увеличение внутренней энергии проводника.

Формулой (2.7.2) удобно пользоваться при последовательном соединении проводников, так как сила тока в этом случае одинакова во всех проводниках. Формула (2.7.3) удобна при параллельном соединении проводников, так как напряжение на всех проводниках одинаково.

Переменный ток | Формулы по физике

Электродвижущая сила переменного тока

Найти

  Известно, что:

     εBSω =   

Вычислить ‘ε’

Электродвижущая сила переменного тока

Найти

  Известно, что:

     eε_msinωt =   

Вычислить ‘e’

Максимальная сила переменного тока

Найти

  Известно, что:

     I_mε_mR =   

Вычислить ‘I_m’

Действующее (эффективное) значение силы переменного тока

Найти

  Известно, что:

     I_efI_m =   

Вычислить ‘I_ef’

Средняя мощность переменного тока

Найти

  Известно, что:

     p_средI_mR =   

Вычислить ‘p_сред’

Действующее (эффективное) значение напряжения переменного тока

Найти

  Известно, что:

     U_efU_m =   

Вычислить ‘U_ef’

Напряжение переменного тока

Найти

  Известно, что:

     UU_mcosωt =   

Вычислить ‘U’

Максимальная сила переменного тока

Найти

  Известно, что:

     I_mU_mCω =   

Вычислить ‘I_m’

Ёмкостное сопротивление

Найти

  Известно, что:

     X_cCω =   

Вычислить ‘X_c’

Сила и ёмкостное сопротивление переменного тока

Найти

  Известно, что:

     IUX_c =   

Вычислить ‘I’

Сила и индуктивное сопротивление переменного тока

Найти

  Известно, что:

     IUX_L =   

Вычислить ‘I’

Индуктивное сопротивление

Найти

  Известно, что:

     X_LωL =   

Вычислить ‘X_L’

Закон Ома для цепи переменного тока

Найти

  Известно, что:

     XRX_LX_C =   

Вычислить ‘X’

Закон Ома для цепи переменного тока

Найти

  Известно, что:

     XRωLC =   

Вычислить ‘X’

Сдвиг фаз между током и напряжением переменного тока

Найти

  Известно, что:

     φX_LX_CR =   

Вычислить ‘φ’

Резонанс в цепи переменного тока

Найти

  Известно, что:

     UILC =   

Вычислить ‘U’

Первая формула трансформатора: напряжение

Найти

  Известно, что:

     U1U2N1N2 =   

Вычислить ‘U1’

Вторая формула трансформатора: сила тока

Найти

  Известно, что:

     I1I2N2N1 =   

Вычислить ‘I1’

определение определение силы электрического тока

Электричество давно стало незаменимым спутником всего человечества. Но для большинства обывателей оно представляет собой какое-то абстрактное понятие, с которым сложно разобраться и тем более понять. Но нет нечего сложного для усвоения. Простыми словами электричество можно охарактеризовать как упорядоченное перемещение заряженных частиц.

Определяющими характеристиками электрической энергии являются напряжение, сила тока и сопротивление. Рассмотрим более подробно что это за характеристики их определения, способы измерений и вычислений.

Определение силы электрического тока в электроцепи

Электрический ток, как говорилось выше, представляет собой упорядоченное перемещение заряженных частиц от одного электрода к другому. В металлах это электроны, в жидкостях – ионы, а их количество принято именовать зарядом. Одной из ключевых характеристик электротока является его сила или собственно отношение общего количества заряда к временному отрезку за который он проходит через отдельный участок.

Следовательно, определение силы тока в электроцепи или его величины можно выразить формулой:

I=q/t

q – количество заряда, а t – промежуток времени за которое он проходит этот определенный участок. В системе измерений СИ для определения единицы силы тока применяется ампер (сокращенно – «А»).

Зависимость силы тока от напряжения и сопротивления

Когда разговор заходит о токе, то наиболее часто речь идет о напряжении. В системе СИ оно обозначается в вольтах (В). Для общего понимания определения напряжения рассмотрим физику формирования электричества в общем. В двух словах это процесс выглядит следующим образом. Из одного места извлекаются электроны, тем самым создавая разряжение. В другой точке они накапливаются, образуя избыток, который стремится занять освободившееся место. Таким образом образуются отрицательный и положительный потенциал, разница между ними и будет являться искомым напряжением в электрической сети. Для определения величины напряжения применяется специальный измерительный прибор – вольтметр.

Для того чтобы определить силу тока, зная напряжение, необходимо ввести еще одно понятие – сопротивление электроцепи. Оно в упрощенном понимании представляет собой некую силу, затрудняющую движение электронов от одного электрода к другому. Измеряется сопротивление в омах. Определить его величину можно омметром. Воедино понятия напряжение, силы тока и сопротивления связывает закон Ома. Он является одним из основополагающих при расчете любой электрической схемы.

Величина силы тока. Определение в зависимости от напряжения и сопротивления.

Закон Ома относительно применения к участку цепи определяет силу тока как величину пропорционально обратную сопротивлению и прямо сопоставимую разности потенциалов. Соответствующая формула выглядит следующим образом:

I=U/R, в которой: R (Ом)– сопротивление на участке электрической схемы, а U(В) – напряжение или разность потенциалов на электродах.

Из уравнения видно, что при наличии стабильного напряжения в электроцепи сила тока будет снижаться при увеличении нагрузочного сопротивления. Эта закономерность привела к тому, что последовательное включение потребителей применяется очень редко. При параллельном включении нагрузки величина силы тока на отельных участках может быть разной (в зависимости от сопротивления), но на входе, в точке соединения она останется прежней.

Сила тока и его плотность

Одно из важных понятий в электротехнике является плотность электрического тока, которая характеризуется его силой по отношению к площади приложения. В системе СИ плотность тока обозначается буквой «J», единица измерения — А/мм2. Общий вид формулы следующий:

J= I/S, где I – сила в амперах, а S – площадь поперечного сечения провода в квадратных мм.

Следовательно, с точки зрения физики, плотность тока — это количество заряда, перемещаемого через единицу площади за определенное время Одним словом эта величина описывает степень электрической нагрузки на проводник и является одной из определяющих при выборе кабельной продукции соответствующего диаметра.

Плотность играет важную роль, т.к. любой элемент сети в т.ч. и токопроводящий провод обладает собственным сопротивлением. Следствием потери тока является нагрев проводника. Значительные потери могут привести к перегреву, вплоть до расплавления изоляции или материала жил.

В заключение отметим, что данные определения силы тока, через основные характеристики носят общий характер. В частных случаях используются дополнительные данные которые влияют на точность вычислений, но не искажают обобщенного представления о физики электричества и взаимосвязи значений.

Закон ома все формулы

Главная » Разное » Закон ома все формулы


Закон Ома — формулировка простыми словами, определение

Сопротивление

Представьте, что есть труба, в которую затолкали камни. Вода, которая протекает по этой трубе, станет течь медленнее, потому что у нее появилось сопротивление. Точно также будет происходить с электрическим током.

Сопротивление — физическая величина, которая показывает способность проводника пропускать электрический ток. Чем выше сопротивление, тем ниже эта способность.

Теперь сделаем «каменный участок» длиннее, то есть добавим еще камней. Воде будет еще сложнее течь.

Сделаем трубу шире, оставив количество камней тем же — воде полегчает, поток увеличится.

Теперь заменим шероховатые камни, которые мы набрали на стройке, на гладкие камушки из моря. Через них проходить тоже легче, а значит сопротивление уменьшается.

Электрический ток реагирует на эти параметры аналогичным образом: при удлинении проводника сопротивление увеличивается, при увеличении поперечного сечения (ширины) проводника сопротивление уменьшается, а если заменить материал — изменится в зависимости от материала.

Эту закономерность можно описать следующей формулой:

Сопротивление

R = ρ · l/S

R — сопротивление [Ом]

l — длина проводника [м]

S — площадь поперечного сечения [мм2]

ρ — удельное сопротивление [Ом · мм2/м]

Единица измерения сопротивления — ом. Названа в честь физика Георга Ома.

Будьте внимательны!

Площадь поперечного сечения проводника и удельное сопротивление содержат в своих единицах измерения мм2. В таблице удельное сопротивление всегда дается в такой размерности, да и тонкий проводник проще измерять в мм2. При умножении мм2 сокращаются и мы получаем величину в СИ.

Но это не отменяет того, что каждую задачу нужно проверять на то, что там мм2 в обеих величинах! Если это не так, то нужно свести не соответствующую величину к мм

2.

Знайте!

СИ — международная система единиц. «Перевести в СИ» означает перевод всех величин в метры, килограммы, секунды и другие единицы измерения без приставок. Исключение составляет килограмм с приставкой «кило».

Удельное сопротивление проводника — это физическая величина, которая показывает способность материала пропускать электрический ток. Это табличная величина, она зависит только от материала.

Таблица удельных сопротивлений различных материалов

Материал

Удельное сопротивление

ρ, Ом · мм2

Алюминий

0,028

Бронза

0,095–0,1

Висмут

1,2

Вольфрам

0,05

Железо

0,1

Золото

0,023

Иридий

0,0474

Константан (сплав NiCu + Mn)

0,5

Латунь

0,025–0,108

Магний

0,045

Манганин (сплав меди марганца и никеля — приборный)

0,43–0,51

Медь

0,0175

Молибден

0,059

Нейзильбер (сплав меди, цинка и никеля)

0,2

Натрий

0,047

Никелин (сплав меди и никеля)

0,42

Никель

0,087

Нихром (сплав никеля, хрома, железа и марганца)

1,05–1,4

Олово

0,12

Платина

0,107

Ртуть

0,94

Свинец

0,22

Серебро

0,015

Сталь

0,103–0,137

Титан

0,6

Хромаль

1,3–1,5

Цинк

0,054

Чугун

0,5–1,0

Резистор

Все реальные проводники имеют сопротивление, но его стараются сделать незначительным. В задачах вообще используют словосочетание «идеальный проводник», а значит лишают его сопротивления.

Из-за того, что проводник у нас «кругом-бегом-такой-идеальный», чаще всего за сопротивление в цепи отвечает резистор. Это устройство, которое нагружает цепь сопротивлением.

Вот так резистор изображается на схемах:

В школьном курсе физики используют европейское обозначение, поэтому запоминаем только его. Американское обозначение можно встретить, например, в программе Micro-Cap, в которой инженеры моделируют схемы.

Вот так резистор выглядит в естественной среде обитания:


Полосочки на нем показывают его сопротивление.

На сайте компании Ekits, которая занимается продажей электронных модулей, можно выбрать цвет резистора и узнать значение его сопротивления:


Источник: сайт компании Ekits

О том, зачем дополнительно нагружать сопротивлением цепь, мы поговорим в этой же статье чуть позже.

Реостат

Есть такие выключатели, которые крутишь, а они делают свет ярче-тусклее. В такой выключатель спрятан резистор с переменным сопротивлением — реостат.


Стрелка сверху — это ползунок. По сути, он отсекает ту часть резистора, которая находится от него справа. То есть, если мы двигаем ползунок вправо — мы увеличиваем длину резистора, а значит и сопротивление. И наоборот — двигаем влево и уменьшаем.

По формуле сопротивления это очень хорошо видно, так как длина проводника находится в числителе:

Сопротивление

R = ρ · l/S

R — сопротивление [Ом]

l — длина проводника [м]

S — площадь поперечного сечения [мм2]

ρ — удельное сопротивление [Ом · мм2/м]

Закон Ома для участка цепи

С камушками в трубе все понятно, но не только же от них зависит сила, с которой поток воды идет по трубе — от насоса, которым мы эту воду качаем, тоже зависит. Чем сильнее качаем, тем больше течение. В электрической цепи функцию насоса выполняет источник тока.

Например, источником может быть гальванический элемент (привычная батарейка). Батарейка работает на основе химических реакций внутри нее. В результате этих реакций выделяется энергия, которая потом передается электрической цепи.

У любого источника обязательно есть полюса — «плюс» и «минус». Полюса — это его крайние положения, по сути клеммы, к которым присоединяется электрическая цепь. Собственно, ток как раз течет от «+» к «−».


У нас уже есть две величины, от которых зависит электрический ток в цепи — напряжение и сопротивление. Кажется, пора объединять их в закон.

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Математически его можно описать вот так:

Закон Ома для участка цепи

I = U/R

I — сила тока [A]

U — напряжение [В]

R — сопротивление [Ом]

Напряжение измеряется в Вольтах и показывает разницу между двумя точками цепи: от этой разницы зависит, насколько сильно будет течь ток — чем больше разница, тем выше напряжение и ток будет течь сильнее.

Сила тока измеряется в амперах, а подробнее о ней вы можете прочитать в нашей статье. 😇

Давайте решим несколько задач на закон Ома для участка цепи.

Задача раз

Найти силу тока в лампочке накаливания торшера, если его включили в сеть напряжением 220 В, а сопротивление нити накаливания равно 880 Ом.

Решение:

Возьмем закон Ома для участка цепи:

I = U/R

Подставим значения:

I = 220/880 = 0,25 А

Ответ: сила тока, проходящего через лампочку, равна 0,25 А

Давайте усложним задачу. И найдем силу тока, зная все параметры для вычисления сопротивления и напряжение.

Задача два

Найти силу тока в лампочке накаливания, если торшер включили в сеть напряжением 220 В, а длина нити накаливания равна 0,5 м, площадь поперечного сечения 0,01 мм2, а удельное сопротивление нити равно 1,05 Ом · мм2/м.

Решение:

Сначала найдем сопротивление проводника.

R = ρ · l/S

Площадь дана в мм2, а удельное сопротивления тоже содержит мм2 в размерности.

Это значит, что все величины уже даны в СИ и перевод не требуется:

R = 1,05 · 0,5/0,01 = 52,5 Ом

Теперь возьмем закон Ома для участка цепи:

I = U/R

Подставим значения:

I = 220/52,5 ≃ 4,2 А

Ответ: сила тока, проходящего через лампочку, приблизительно равна 4,2 А

А теперь совсем усложним! Определим материал, из которого изготовлена нить накаливания.

Задача три

Из какого материала изготовлена нить накаливания лампочки, если настольная лампа включена в сеть напряжением 220 В, длина нити равна 0,5 м, площадь ее поперечного сечения равна 0,01 мм2, а сила тока в цепи — 8,8 А

Решение:

Возьмем закон Ома для участка цепи и выразим из него сопротивление:

I = U/R

R = U/I

Подставим значения и найдем сопротивление нити:

R = 220/8,8 = 25 Ом

Теперь возьмем формулу сопротивления и выразим из нее удельное сопротивление материала:

R = ρ · l/S

ρ = RS/l

Подставим значения и получим:

ρ = 25 · 0,01/0,5 = 0,5 Ом · мм2

Обратимся к таблице удельных сопротивлений материалов, чтобы выяснить, из какого материала сделана эта нить накаливания.

Ответ: нить накаливания сделана из константана.

Закон Ома для полной цепи

Мы разобрались с законом Ома для участка цепи. А теперь давайте узнаем, что происходит, если цепь полная: у нее есть источник, проводники, резисторы и другие элементы.

В таком случае вводится закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению.

Так, стоп. Слишком много незнакомых слов — разбираемся по порядку.

Что такое ЭДС и откуда она берется

ЭДС расшифровывается, как электродвижущая сила. Обозначается греческой буквой ε и измеряется, как и напряжение, в Вольтах.

ЭДС — это сила, которая движет заряженные частицы в цепи. Она берется из источника тока. Например, из батарейки.

Химическая реакция внутри гальванического элемента (это синоним батарейки) происходит с выделением энергии в электрическую цепь. Именно эта энергия заставляет частицы двигаться по проводнику.

Зачастую напряжение и ЭДС приравнивают и говорят, что это одно и то же. Формально, это не так, но при решении задач чаще всего и правда нет разницы, так как эти величины обе измеряются в Вольтах и определяют очень похожие по сути своей процессы.

В виде формулы Закон Ома для полной цепи будет выглядеть следующим образом:

Закон Ома для полной цепи

I — сила тока [A]

ε — ЭДС [В]

R — сопротивление нагрузки [Ом]

r — внутреннее сопротивление источника [Ом]

Любой источник не идеален. В задачах это возможно («источник считать идеальным», вот эти вот фразочки), но в реальной жизни — точно нет. В связи с этим у источника есть внутреннее сопротивление, которое мешает протеканию тока.

Решим задачу на полную цепь.

Задачка

Найти силу тока в полной цепи, состоящей из одного резистора сопротивлением 3 Ом и источником с ЭДС равной 4 В и внутренним сопротивлением 1 Ом

Решение:

Возьмем закон Ома для полной цепи:

Подставим значения:

A

Ответ: сила тока в цепи равна 1 А.

Когда «сопротивление бесполезно»

Электрический ток — умный и хитрый парень. Если у него есть возможность обойти резистор и пойти по идеальному проводнику без сопротивления, он это сделает. При этом с резисторами просто разных номиналов это не сработает: он не пойдет просто через меньшее сопротивление, а распределится согласно закону Ома — больше тока пойдет туда, где сопротивление меньше, и наоборот.

А вот на рисунке ниже сопротивление цепи равно нулю, потому что ток через резистор не пойдет.


Ток идет по пути наименьшего сопротивления.

Теперь давайте посмотрим на закон Ома для участка цепи еще раз.

Закон Ома для участка цепи

I = U/R

I — сила тока [A]

U — напряжение [В]

R — сопротивление [Ом]

Подставим сопротивление, равное 0. Получается, что знаменатель равен нулю, а на математике говорят, что на ноль делить нельзя. Но мы вам раскроем страшную тайну, только не говорите математикам: на ноль делить можно.

Если совсем упрощать такое сложное вычисление (а именно потому что оно сложное, мы всегда говорим, что его нельзя производить), то получится бесконечность.

То есть:

I = U/0 = ∞

Такой случай называют коротким замыканием — когда величина силы тока настолько велика, что можно устремить ее к бесконечности. В таких ситуациях мы видим искру, бурю, безумие — и все ломается.

Это происходит, потому что две точки цепи имеют между собой напряжение (то есть между ними есть разница). Это как если вдоль реки неожиданно появляется водопад. Из-за этой разницы возникает искра, которую можно избежать, поставив в цепь резистор.

Именно во избежание коротких замыканий нужно дополнительное сопротивление в цепи.

Параллельное и последовательное соединение

Все это время речь шла о цепях с одним резистором. Рассмотрим, что происходит, если их больше.

| Fluke

Talk to a Fluke sales expert

Связаться с Fluke по вопросам обслуживания, технической поддержки и другим вопросам»

What is your favorite color?

Имя *

Фамилия *

Электронная почта *

Компания *

Номер телефона *

Страна * — Пожалуйста, выберите значение -United States (Estados Unidos)CanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarticaAntigua and BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosБеларусь (Belarus)Belgien/Belgique (Belgium)BelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBonaireBosnia and HerzegovinaBouvet IslandBotswanaBrasil (Brazil)British Indian Ocean TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral African RepublicČeská republika (Czech Republic)ChadChile中国 (China)Christmas IslandCittà Di VaticanCocos (Keeling) IslandsCook IslandsColombiaComorosCongoThe Democratic Republic of CongoCosta RicaCroatiaCyprusCôte D’IvoireDanmark (Denmark)Deutschland (Germany)DjiboutiDominicaEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEspaña (Spain)EstoniaEthiopiaFaroese FøroyarFijiFranceFrench Southern TerritoriesFrench GuianaGabonGambiaGeorgiaGhanaGilbralterGreeceGreenlandGrenadaGuatemalaGuadeloupeGuam (USA)GuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard Island and McDonald IslandsHondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIraqIrelandIsraelIslas MalvinasItalia (Italy)Jamaica日本 (Japan)JordanKazakhstanKenyaKiribati대한민국 (Korea Republic of)KuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacaoMacedoniaMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMéxico (Mexico)MicronesiaMoldovaMonacoMongoliaMontenegroMonserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNederland (Netherlands)Netherlands AntillesNepalNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorge (Norway)Norfolk IslandNorthern Mariana IslandsOmanÖsterreich (Austria)PakistanPalauPalestinePanamaPapua New GuineaParaguayPerú (Peru)PhilippinesPitcairn IslandPuerto RicoРоссия (Russia)Polska (Poland)Polynesia (French)PortugalQatarRepública Dominicana (Dominican Republic)RéunionRomânia (Romania)RwandaSaint HelenaSaint Pierre and MiquelonSaint Kitts and NevisSaint LuciaSaint Vincent and The GrenadinesSan MarinoSao Tome and PrincipeSaudi ArabiaSchweiz (Switzerland)SenegalSerbiaSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSouth Georgia and The South Sandwich IslandsSouth SudanSri LankaSudanSuomi (Finland)SurinameSvalbard and Jan MayenSverige (Sweden)SwazilandTaiwanTajikistanTanzaniaThailandTimor-LesteTokelauTogoTongaTrinidad and TobagoTunisiaTürkiye (Turkey)TurkmenistanTurks and Caicos IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Arab EmiratesUnited KingdomUnited States Minor Outlying IslandsUruguayUzbekistanVanuatuVirgin Islands (British)Virgin Islands (USA)VenezuelaVietnamWallis and FutunaWestern SaharaWestern SamoaYemenZambiaZimbabwe

Почтовый индекс *

Интересующие приборы

iGLastMSCRMCampaignID

?Отмечая галочкой этот пункт, я даю свое согласие на получение маркетинговых материалов и специальных предложений по электронной почте от Fluke Electronics Corporation, действующей от лица компании Fluke Industrial или ее партнеров в соответствии с политикой конфиденциальности.

consentLanguage

Политика конфиденциальности

Формула закона Ома

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Сила тока в проводнике равна разности потенциалов (напряжению) между концами проводника, делённой на сопротивление проводника.

   

Здесь – сила тока, – напряжение, – сопротивление. Это равенство называют законом Ома для участка цепи.

Единица измерения силы тока – А (ампер).

Указанная формула верна для участка цепи, в котором напряжение постоянно (сила тока тоже будет постоянной). Для полной цепи формула усложняется:

   

Где – электродвижущая сила (ЭДС) источника питания, – внутреннее сопротивление источника питания, а – сопротивление всех внешних элементов цепи. Это равенство называют законом Ома для полной цепи. Из этой формулы следует, что ЭДС источника равна сумме падений напряжения в самом источнике и во внешней цепи.

Примеры решения задач по теме «Закон Ома»

ПРИМЕР 1

Задание Найти силу тока, если напряжение на участке цепи с сопротивление 5 кОм равно 100 В.
Решение Напомним, что 5 кОм = 5 000 Ом. Подставим численные значения в формулу:

   

Ответ Сила тока в цепи равна 0,02 ампера.
Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Закон Ома для участка цепи. Определение, формула расчета, калькулятор

В 1827 году  Георг Ом  опубликовал свои исследования, которые составляют основу формулы, используемую и по сей день. Ом выполнил большую серию экспериментов, которые показали связь между приложенным напряжением и током, протекающим через проводник.

Этот закон является эмпирическим, то есть основанный на опыте. Обозначение «Ом» принято в качестве официальной единицы СИ для электрического сопротивления.

 

Закон Ома для участка цепи гласит, что электрический ток в проводнике прямо пропорционален разности потенциалов в нем и обратно пропорционален его сопротивлению.  Принимая во внимание, что сопротивление проводника (не путать с удельным сопротивлением) величина постоянная, можно оформить это следующей формулой:

где

  • I — тока в амперах (А)
  • V — напряжение в вольтах (В)
  • R — сопротивления в омах (Ом)

Для наглядности: резистор имеющий сопротивление 1 Ом, через который протекает ток силой в 1 А на своих выводах имеет разность потенциалов (напряжение) в  1 В.

Немецкий физик Кирхгоф (известен своими правилами Кирхгофа) сделал обобщение, которое больше используется в физике:

Набор для Arduino

Cтартовый набор Keyestudio Super с платой V4.0 для Arduino…

где

  • σ – проводимость материала
  • J — плотность тока
  • Е — электрическое поле.

Закон Ома и резистор

Резисторы являются пассивными элементами, которые оказывают сопротивление потоку электрического тока в цепи. Резистор, который функционирует в соответствии с законом Ома, называется омическим сопротивлением.  Когда ток проходит через такой резистор, то падение напряжения на его выводах пропорционально величине сопротивления.

Формула Ома остается справедливой и для цепей с переменным напряжением и током. Для конденсаторов и катушек индуктивности закон Ома не подходит, так как их ВАХ (вольт-амперная характеристика) по сути, не является линейной.

Формула Ома действует так же для схем с несколькими резисторами, которые могут быть соединены последовательно, параллельно или иметь смешанное соединение. Группы резисторов, соединенные последовательно или параллельно могут быть упрощены в виде эквивалентного сопротивления.

В статьях о параллельном и последовательно соединении более подробно описано как это сделать.

Немецкий физик Георг Симон Ом опубликовал в 1827 свою полную теорию электричества под названием «теория гальванической цепи». Он нашел, что падение напряжения на участке цепи является результатом работы тока, протекающего через сопротивление этого участка цепи.  Это легло в основу закона, который мы используем сегодня. Закон является одним из основных уравнений для резисторов. 

Закон Ома — формула

Формула закона Ома может быть использована, когда известно две из трех переменных. Соотношение между сопротивлением, током и напряжением может быть записано по-разному. Для усвоения и запоминания может быть полезен «треугольник Ома».

или

или

  Ниже приведены два примера использования такого треугольного калькулятора.

Имеем резистор сопротивлением в 1 Ом в цепи с падением напряжения от 100В до 10В на своих выводах. Какой ток протекает через этот резистор? Треугольник напоминает нам, что:  
Имеем резистор сопротивлением в 10 Ом через который протекает ток в 2 Ампера при напряжении 120В. Какое будет падение напряжения на этом резисторе? Использование треугольника показывает нам, что:Таким образом, напряжение на выводе будет 120-20 = 100 В.  

Закон Ома — мощность

Когда через резистор протекает электрический ток, он рассеивает определенную часть мощности в виде тепла.

Мощность является функцией протекающего тока I (А) и приложенного напряжения V (В):

где

  • Р — мощность в ваттах (В)

В сочетании с законом Ома для участка цепи, формулу можно преобразовать в следующий вид:

или

Идеальный резистор рассеивает всю энергию и не сохраняет электрическую или магнитную энергию. Каждый резистор имеет предел мощности, которая может быть рассеяна, не оказывая повреждение резистору. Это мощность называется номинальной. 

Окружающие условия могут снизить или повысить это значение. Например, если окружающий воздух горячий, то способность рассеять излишнее тепло у резистора снижается, и на оборот, при низкой температуре окружающего воздух рассеиваемая способность резистора возрастает.

На практике, резисторы редко имеют обозначение номинальной мощности.  Тем не менее, большинство из резисторов рассчитаны на 1/4 или 1/8 Вт.

Ниже приведена круговая диаграмма, которая поможет вам быстро определить связь между мощностью, силой тока, напряжением и сопротивлением. Для каждого из четырех параметров показано, как вычислить свое значение.

Закон Ома — калькулятор

Данный онлайн калькулятор закона Ома позволяет определить взаимосвязь между силой тока, электрическим напряжением, сопротивлением проводника и мощностью. Для расчета введите любые два параметра и нажмите кнопку расчет:

Для закрепления понимания работы закона Ома, приведем несколько задач для самостоятельного решения.

Основные электрические законы. Базовые формулы и расчеты

В предыдущей статье мы познакомились с основными электрическими понятиями, такими как электрический ток, напряжение, сопротивление и мощность. Настал черед основных электрических законов, так сказать, базиса, без знания и понимания которых невозможно изучение и понимание электронных схем и устройств.

Закон Ома

Электрический ток, напряжение, сопротивление и мощность, безусловно, между собой связаны. А взаимосвязь между ними описывается, без сомнения, самым главным электрическим законом – законом Ома. В упрощенном виде этот закон называется: закон Ома для участка цепи. И звучит этот закон следующем образом:

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

Для практического применения формулу закона Ома можно представить в виде вот такого треугольника, который помимо основного представления формулы, поможет определить и остальные величины.

Работает треугольник следующим образом. Чтобы вычислить одну из величин, достаточно закрыть ее пальцем. Например:

В предыдущей статье мы проводили аналогию между электричеством и водой, и выявили взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Также хорошей интерпретацией закона Ома может послужить следующий рисунок, наглядно отображающий сущность закона:

На нем мы видим, что человечек «Вольт» (напряжение) проталкивает человечка «Ампера» (ток) через проводник, который стягивает человечек «Ом» (сопротивление). Вот и получается, что чем сильнее сопротивление сжимает проводник, тем тяжелее току через него проходить («сила тока обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи» – или чем больше сопротивление, тем хуже приходится току и тем он меньше). Но напряжение не спит и толкает ток изо всех сил (чем выше напряжение, тем больше ток или – «сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению»).

Когда фонарик начинает слабо светить, мы говорим – «разрядилась батарейка». Что с ней произошло, что значит разрядилась? А значит это, что напряжение батарейки снизилось и оно больше не в состоянии «помогать» току преодолевать сопротивление цепей фонарика и лампочки. Вот и получается, что чем больше напряжение – тем больше ток.

Последовательное подключение – последовательная цепь

При последовательном подключении потребителей, например обычных лампочек, сила тока в каждом потребителе одинаковая, а вот напряжение будет отличаться. На каждом из потребителей напряжение будет падать (снижаться).

А закон Ома в последовательной цепи будет иметь вид:

При последовательном соединении сопротивления потребителей складываются. Формула для расчета общего сопротивления:

Параллельное подключение – параллельная цепь

При параллельном подключении, к каждому потребителю прикладывается одинаковое напряжение, а вот ток через каждый из потребителей, в случае, если их сопротивление отличается – будет отличаться.

Закон Ома для параллельной цепи, состоящей из трех потребителей, будет иметь вид:

При параллельном соединении общее сопротивление цепи всегда будет меньше значения самого маленького отдельного сопротивления. Или еще говорят, что «сопротивление будет меньше наименьшего».

Общее сопротивление цепи, состоящей из двух потребителей, при параллельном соединении:

Общее сопротивление цепи, состоящей из трех потребителей, при параллельном соединении:

Для большего числа потребителей расчет производится исходя из того, что при параллельном соединении проводимость (величина обратная сопротивлению) рассчитывается как сумма проводимостей каждого потребителя.

Электрическая мощность

Мощность – это физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии. Рассчитывается мощность по следующей формуле:

Таким образом зная, напряжение источника и измерив потребляемый ток, мы можем определить мощность потребляемую электроприбором. И наоборот, зная мощность электроприбора и напряжение сети, можем определить величину потребляемого тока. Такие вычисления порой необходимы. Например, для защиты электроприборов используются предохранители или автоматические выключатели. Чтобы правильно подобрать средство защиты нужно знать потребляемый ток. Предохранители, применяемые в бытовой технике, как правило подлежат ремонту и для их восстановления достаточно подобрать и заменить проволоку.

Применив закон Ома, можно рассчитать мощность и по другой формуле:

При расчетах надо учитывать, что часть потребляемой электроэнергии расходуется на нагрев и преобразуется в тепло. При работе греются не только электрообогреватели, но и телевизоры, и компьютеры и другая бытовая техника.

И в завершение, в качестве бонуса, вот такая шпаргалка, которая поможет определить любой из основных электрических параметров, по уже известным.

формулировка простыми словами, формула для первого, второго и третьего

Есть такие формулы и законы, которые люди узнают еще в школе, а помнят всю жизнь. Обычно это несложные уравнения, состоящие из двух-трех физических величин и объясняющие какие-то фундаментальные вещи в науке, основу основ. Закон Ома как раз такая штука.

Закон Ома: кто придумал, определение

Закон Ома — это основной закон электродинамики, который выводит взаимосвязь между ключевыми понятиями электрической цепи: силой тока, напряжением и сопротивлением.

Данную взаимозависимость выявил немецкий физик Георг Симон Ом в 1826 году. Несмотря на то, что этот закон является истинным законом природы, точность которого была многократно проверена и доказана позже, публикация работы Ома в 1827 году прошла незамеченной для научной общественности. И лишь в 1830-х гг., когда французский физик Пулье пришел к тем же самым выводам, что и Ом, работа немецкого ученого была оценена по достоинству.

Установление закономерностей между основными параметрами электроцепи имеет огромное значение для науки. Ведь оно позволило количественно измерить свойства электрического тока.

Источник: rusenergetics.ru

Формулировки и основные формулы

Закон Георга Ома формулируется так: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению в проводнике и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника.

Пояснения к закону:

  1. Чем выше напряжение в проводнике, тем выше будет и сила тока в этом проводнике.
  2. Чем выше сопротивление проводника, тем меньше будет сила тока в нем.

Обозначение основных параметров, характеризующих электроцепь, известны всем с уроков физики в школе:

  • I — сила электротока;
  • U — напряжение;
  • R — сопротивление.

Объяснение закона Ома в классической теории

Формула закона, известная всем со школьных лет, выглядит так:

\(I=\frac UR\)

Из нее легко выводятся формулы для определения \(U\):

\(U\;=I\times R\)

и для определения \(R\):

\(R=\frac UI\)

Единицами измерения силы тока являются амперы, напряжения — вольты, сопротивление измеряется в омах.

Данный закон верен для линейного участка цепи, на котором зафиксировано стабильное сопротивление.

Источник: dzgo.ru

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи

Замкнутой или полной называется такая электрическая цепь, по которой проходит электроток.

Описание формулы этого закона для полной цепи выглядит так:

\(I=\frac\epsilon{R+r}\)

где \(\epsilon\) — это электродвижущая сила или напряжение источника питания, которое не зависит от внешней цепи;

\(R\) — сопротивление внешней цепи;

\(r\) — внутреннее сопротивление источника.

Источник: multiurok.ru

Использование закона Ома при параллельном и последовательном соединении

При последовательном соединении элементы цепи подключаются друг за другом последовательно. Так как такая электрическая цепь является неразветвленной, сила тока на каждом ее участке будет одинаковая. Пример последовательного соединения — лампочки в новогодней гирлянде.

При последовательном соединении элементов основные параметры электроцепи рассчитываются следующим образом:

  • Сила тока по формуле: 

\(I=I_1=I_2=I_3\)

Где \(I\) — общая сила тока в электроцепи, \(I_1\) — сила тока первого участка, \(I_2\) — сила тока второго участка, \(I_3\) — сила тока третьего участка.

  • Напряжение по формуле:

\(U=U_1+U_2+U_3\)

Где \(U\) — общее напряжение, \(U_1\) — напряжение первого участка, \(U_2\) — напряжение второго участка, \(U_3\) — напряжение третьего участка.

  •  Сопротивление согласно формуле:

\(R=R_1+R_2+R_3\)

Где \(R\) — общее сопротивление в цепи, \(R_1\) — сопротивление первого участка, \(R_2\) — сопротивление второго участка, \(R_3\) — сопротивление третьего участка.

Подключая элементы в цепь параллельно, получают разветвленную электрическую цепь. Примером такого соединения является стандартная разводка электричества по квартире, когда в комнате одновременно можно включить несколько предметов бытовой техники и верхнее освещение.

При параллельном соединении элементов основные параметры электроцепи рассчитываются следующим образом:

\(I=I_1+I_2+I_3\)

Где \(I\) — общая сила тока в электроцепи, \(I_1, I_2, I_3\) — сила тока первого, второго и третьего участков соответственно.

\(U=U_1=U_2+U_3\)

Где \(U\) — общее напряжение, \(U_1, U_2, U_3\) — напряжение первого, второго и третьего участков соответственно.

  • Сопротивление:

\(R=\frac{R_1\times R_2\times R_3}{R_1+R_2+R_3}\)

Где \(R\) — общее сопротивление в цепи, \(R_1, R_2, R_3\) — сопротивление первого, второго и третьего участков соответственно.

Закон Ома для переменного и постоянного тока

Для цепи постоянного тока правильными будут уже озвученные нами взаимосвязи основных параметров электроцепи:

Источник: en.ppt-online.org

При подключении к электроцепи источника переменного тока, сила электротока в цепи будет определяться по формуле:

\(I=\frac UZ\)

где \(Z\) — полное сопротивление или импеданс, который состоит из активной \((R)\) и реактивных составляющих (\(X_C\) — сопротивление емкости и \(X_L\) — сопротивление индуктивности).

Реактивное сопротивление цепи зависит:

  • от значений реактивных элементов, 
  • от частоты электротока;
  • от формы тока в цепи. 

 

Источник: fizikaotfizika.ru

Закон Ома для однородного и неоднородного участка цепи

Закон Ома для однородного участка электроцепи представляет собой классическое выражение зависимости силы от напряжения и сопротивления:

\(I=\frac UR\)

В этом случае основной характеристикой проводника является сопротивление. От внешнего вида проводника зависит, как выглядит его кристаллическая решетка и какое количество атомов примесей содержит. От проводника зависит поведение электронов, которые могут ускоряться или замедляться.

Поэтому \(R\) зависит от вида проводника, точнее, от его сечения, длины и материала и определяется по формуле:

\(R=p\times\left(\frac lS\right)\)

где \(p\) — удельное сопротивление, \( l\) — это длина проводника, а \(S\) — площадь его сечения.

Под неоднородным участком цепи постоянного тока подразумевается такой промежуток цепи, на который помимо электрических зарядов воздействуют другие силы.

Источник: grabachapter.com

Как можно было убедиться, закон, открытый Георгом Омом, прост только на первый взгляд. Разобраться во всех тонкостях самостоятельно под силу далеко не каждому. Если столкнулись с трудностями в учебе и сложными для понимания темами, обращайтесь за помощью к образовательному ресурсу Феникс. Хелп. Квалифицированные эксперты помогут сдать в срок самую сложную работу.

Электрический ток — Физика — Теория, тесты, формулы и задачи

Оглавление:

 

Основные теоретические сведения

Электрический ток. Сила тока. Сопротивление

К оглавлению…

В проводниках при определенных условиях может возникнуть непрерывное упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда. Такое движение называется электрическим током. За направление электрического тока принято направление движения положительных свободных зарядов, хотя в большинстве случае движутся электроны – отрицательно заряженные частицы.

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I – скалярная физическая величина, равная отношению заряда q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени t, к этому интервалу времени:

Если ток не постоянный, то для нахождения количества прошедшего через проводник заряда рассчитывают площадь фигуры под графиком зависимости силы тока от времени.

Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называется постоянным. Сила тока измеряется амперметром, который включается в цепь последовательно. В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах [А]. 1 А = 1 Кл/с.

Средняя сила тока находится как отношение всего заряда ко всему времени (т.е. по тому же принципу, что и средняя скорость или любая другая средняя величина в физике):

Если же ток равномерно меняется с течением времени от значения I1 до значения I2, то можно значение среднего тока можно найти как среднеарифметическое крайних значений:

Плотность тока – сила тока, приходящаяся на единицу поперечного сечения проводника, рассчитывается по формуле:

При прохождении тока по проводнику ток испытывает сопротивление со стороны проводника. Причина сопротивления – взаимодействие зарядов с атомами вещества проводника и между собой. Единица измерения сопротивления 1 Ом. Сопротивление проводника R определяется по формуле:

где: l – длина проводника, S – площадь его поперечного сечения, ρ – удельное сопротивление материала проводника (будьте внимательны и не перепутайте последнюю величину с плотностью вещества), которое характеризует способность материала проводника противодействовать прохождению тока. То есть это такая же характеристика вещества, как и многие другие: удельная теплоемкость, плотность, температура плавления и т.д. Единица измерения удельного сопротивления 1 Ом·м. Удельное сопротивление вещества – табличная величина.

Сопротивление проводника зависит и от его температуры:

где: R0 – сопротивление проводника при 0°С, t – температура, выраженная в градусах Цельсия, α – температурный коэффициент сопротивления. Он равен относительному изменению сопротивления, при увеличении температуры на 1°С. Для металлов он всегда больше нуля, для электролитов наоборот, всегда меньше нуля.

Диод в цепи постоянного тока

Диод – это нелинейный элемент цепи, сопротивление которого зависит от направления протекания тока. Обозначается диод следующим образом:

Стрелка в схематическом обозначении диода показывает, в каком направлении он пропускает ток. В этом случае его сопротивление равно нулю, и диод можно заменить просто на проводник с нулевым сопротивлением. Если ток течет через диод в противоположном направлении, то диод обладает бесконечно большим сопротивлением, то есть не пропускает ток совсем, и является разрывом в цепи. Тогда участок цепи с диодом можно просто вычеркнуть, так как ток по нему не идет.

 

Закон Ома. Последовательное и параллельное соединение проводников

К оглавлению…

Немецкий физик Г.Ом в 1826 году экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику (то есть проводнику, в котором не действуют сторонние силы) сопротивлением R, пропорциональна напряжению U на концах проводника:

Величину R принято называть электрическим сопротивлением. Проводник, обладающий электрическим сопротивлением, называется резистором. Это соотношение выражает закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Проводники, подчиняющиеся закону Ома, называются линейными. Графическая зависимость силы тока I от напряжения U (такие графики называются вольт-амперными характеристиками, сокращенно ВАХ) изображается прямой линией, проходящей через начало координат. Следует отметить, что существует много материалов и устройств, не подчиняющихся закону Ома, например, полупроводниковый диод или газоразрядная лампа. Даже у металлических проводников при достаточно больших токах наблюдается отклонение от линейного закона Ома, так как электрическое сопротивление металлических проводников растет с ростом температуры.

Проводники в электрических цепях можно соединять двумя способами: последовательно и параллельно. У каждого способа есть свои закономерности.

1. Закономерности последовательного соединения:

Формула для общего сопротивления последовательно соединенных резисторов справедлива для любого числа проводников. Если же в цепь последовательно включено n одинаковых сопротивлений R, то общее сопротивление R0 находится по формуле:

2. Закономерности параллельного соединения:

Формула для общего сопротивления параллельно соединенных резисторов справедлива для любого числа проводников. Если же в цепь параллельно включено n одинаковых сопротивлений R, то общее сопротивление R0 находится по формуле:

Электроизмерительные приборы

Для измерения напряжений и токов в электрических цепях постоянного тока используются специальные приборы – вольтметры и амперметры.

Вольтметр предназначен для измерения разности потенциалов, приложенной к его клеммам. Он подключается параллельно участку цепи, на котором производится измерение разности потенциалов. Любой вольтметр обладает некоторым внутренним сопротивлением RB. Для того чтобы вольтметр не вносил заметного перераспределения токов при подключении к измеряемой цепи, его внутреннее сопротивление должно быть велико по сравнению с сопротивлением того участка цепи, к которому он подключен.

Амперметр предназначен для измерения силы тока в цепи. Амперметр включается последовательно в разрыв электрической цепи, чтобы через него проходил весь измеряемый ток. Амперметр также обладает некоторым внутренним сопротивлением RA. В отличие от вольтметра, внутреннее сопротивление амперметра должно быть достаточно малым по сравнению с полным сопротивлением всей цепи.

 

ЭДС. Закон Ома для полной цепи

К оглавлению…

Для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической замкнутой цепи устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками постоянного тока. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами.

Природа сторонних сил может быть различной. В гальванических элементах или аккумуляторах они возникают в результате электрохимических процессов, в генераторах постоянного тока сторонние силы возникают при движении проводников в магнитном поле. Под действием сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему в замкнутой цепи может поддерживаться постоянный электрический ток.

При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу. Физическая величина, равная отношению работы Aст сторонних сил при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС):

Таким образом, ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда. Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи: сила тока в замкнутой цепи равна электродвижущей силе источника, деленной на общее (внутреннее + внешнее) сопротивление цепи:

Сопротивление r – внутреннее (собственное) сопротивление источника тока (зависит от внутреннего строения источника). Сопротивление R – сопротивление нагрузки (внешнее сопротивление цепи).

Падение напряжения во внешней цепи при этом равно (его еще называют напряжением на клеммах источника):

Важно понять и запомнить: ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока не меняются, при подключении разных нагрузок.

Если сопротивление нагрузки равно нулю (источник замыкается сам на себя) или много меньше сопротивления источника, то тогда в цепи потечет ток короткого замыкания:

Сила тока короткого замыкания – максимальная сила тока, которую можно получить от данного источника с электродвижущей силой ε и внутренним сопротивлением r. У источников с малым внутренним сопротивлением ток короткого замыкания может быть очень велик, и вызывать разрушение электрической цепи или источника. Например, у свинцовых аккумуляторов, используемых в автомобилях, сила тока короткого замыкания может составлять несколько сотен ампер. Особенно опасны короткие замыкания в осветительных сетях, питаемых от подстанций (тысячи ампер). Чтобы избежать разрушительного действия таких больших токов, в цепь включаются предохранители или специальные автоматы защиты сетей.

Несколько источников ЭДС в цепи

Если в цепи присутствует несколько ЭДС подключенных последовательно, то:

1. При правильном (положительный полюс одного источника присоединяется к отрицательному другого) подключении источников общее ЭДС всех источников и их внутреннее сопротивление может быть найдено по формулам:

Например, такое подключение источников осуществляется в пультах дистанционного управления, фотоаппаратах и других бытовых приборах, работающих от нескольких батареек.

2. При неправильном (источники соединяются одинаковыми полюсами) подключении источников их общее ЭДС и сопротивление рассчитывается по формулам:

В обоих случаях общее сопротивление источников увеличивается.

При параллельном подключении имеет смысл соединять источники только c одинаковой ЭДС, иначе источники будут разряжаться друг на друга. Таким образом суммарное ЭДС будет таким же, как и ЭДС каждого источника, то есть при параллельном соединении мы не получим батарею с большим ЭДС. При этом уменьшается внутреннее сопротивление батареи источников, что позволяет получать большую силу тока и мощность в цепи:

В этом и состоит смысл параллельного соединения источников. В любом случае при решении задач сначала надо найти суммарную ЭДС и полное внутреннее сопротивление получившегося источника, а затем записать закон Ома для полной цепи.

 

Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца

К оглавлению…

Работа A электрического тока I, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в теплоту Q, выделяющееся на проводнике. Эту работу можно рассчитать по одной из формул (с учетом закона Ома все они следуют друг из друга):

Закон преобразования работы тока в тепло был экспериментально установлен независимо друг от друга Дж.Джоулем и Э.Ленцем и носит название закона Джоуля–Ленца. Мощность электрического тока равна отношению работы тока A к интервалу времени Δt, за которое эта работа была совершена, поэтому она может быть рассчитана по следующим формулам:

Работа электрического тока в СИ, как обычно, выражается в джоулях (Дж), мощность – в ваттах (Вт).

 

Энергобаланс замкнутой цепи

К оглавлению…

Рассмотрим теперь полную цепь постоянного тока, состоящую из источника с электродвижущей силой ε и внутренним сопротивлением r и внешнего однородного участка с сопротивлением R. В этом случае полезная мощность или мощность, выделяемая во внешней цепи:

Максимально возможная полезная мощность источника достигается, если R = r и равна:

Если при подключении к одному и тому же источнику тока разных сопротивлений R1 и R2 на них выделяются равные мощности то внутреннее сопротивление этого источника тока может быть найдено по формуле:

Мощность потерь или мощность внутри источника тока:

Полная мощность, развиваемая источником тока:

КПД источника тока:

 

Электролиз

К оглавлению. ..

Электролитами принято называть проводящие среды, в которых протекание электрического тока сопровождается переносом вещества. Носителями свободных зарядов в электролитах являются положительно и отрицательно заряженные ионы. К электролитам относятся многие соединения металлов с металлоидами в расплавленном состоянии, а также некоторые твердые вещества. Однако основными представителями электролитов, широко используемыми в технике, являются водные растворы неорганических кислот, солей и оснований.

Прохождение электрического тока через электролит сопровождается выделением вещества на электродах. Это явление получило название электролиза.

Электрический ток в электролитах представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Положительные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду), отрицательные ионы – к положительному электроду (аноду). Ионы обоих знаков появляются в водных растворах солей, кислот и щелочей в результате расщепления части нейтральных молекул. Это явление называется электролитической диссоциацией.

Закон электролиза был экспериментально установлен английским физиком М.Фарадеем в 1833 году. Закон Фарадея определяет количества первичных продуктов, выделяющихся на электродах при электролизе. Итак, масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду Q, прошедшему через электролит:

Величину k называют электрохимическим эквивалентом. Он может быть рассчитан по формуле:

где: n – валентность вещества, NA – постоянная Авогадро, M – молярная масса вещества, е – элементарный заряд. Иногда также вводят следующее обозначение для постоянной Фарадея:

 

Электрический ток в газах и в вакууме

К оглавлению…

Электрический ток в газах

В обычных условиях газы не проводят электрический ток. Это объясняется электрической нейтральностью молекул газов и, следовательно, отсутствием носителей электрических зарядов.  Для того чтобы газ стал проводником, от молекул необходимо оторвать один или несколько электронов. Тогда появятся свободные носителя зарядов — электроны и положительные ионы. Этот процесс называется ионизацией газов.

Ионизировать молекулы газа можно внешним воздействием — ионизатором. Ионизаторами может быть: поток света, рентгеновские лучи, поток электронов или α-частиц. Молекулы газа также ионизируются при высокой температуре. Ионизация приводит к возникновению в газах свободных носителей зарядов — электронов, положительных ионов, отрицательных ионов (электрон, объединившийся с нейтральной молекулой).

Если создать в пространстве, занятом ионизированным газом, электрическое поле, то носители электрических зарядов придут в упорядоченное движение – так возникает электрический ток в газах. Если ионизатор перестает действовать, то газ снова становится нейтральным, так как в нем происходит рекомбинация – образование нейтральных атомов ионами и электронами.

Электрический ток в вакууме

Вакуумом называется такая степень разрежения газа, при котором можно пренебречь соударением между его молекулами и считать, что средняя длина свободного пробега превышает линейные размеры сосуда, в котором газ находится.

Электрическим током в вакууме называют проводимость межэлектродного промежутка в состоянии вакуума. Молекул газа при этом столь мало, что процессы их ионизации не могут обеспечить такого числа электронов и ионов, которые необходимы для ионизации. Проводимость межэлектродного промежутка в вакууме может быть обеспечена лишь с помощью заряженных частиц, возникших за счет эмиссионных явлений на электродах.

Что такое закон Ома?

Закон Ома — это формула, выражающая математическое соотношение между напряжением, током и сопротивлением в электрической цепи.

Закон Ома — это формула, которая выражает математическую зависимость между напряжением, током и сопротивлением в электрической цепи.

Для студентов-электронщиков закон Ома (U = IR) так же важен, как уравнение относительности Эйнштейна (E = mc²) для физиков.

U = I x R

В развернутом виде это означает напряжение = ток x сопротивление , т.е. вольт = ампер x ом , т.е. В = A x Ом .

Этот закон, открытый немецким физиком Георгом Омом (1789-1854), описывает основные величины цепей:

Размер Символ
в законе Ома
Единица измерения Единица измерения
(аббревиатура
) В Circuits
Для любопытных:
напряжение U U Вольт (V) Вольт (V) Вольт, что триггеры поток электронов U = электромологическая сила (ранее использованный срок)
Текущий I I Ampere (A) Электронный расход I = Текущий
Сопротивление R Ом (Ω) Ом (Ω) ОМС ω = Греческая омега

Если известны два из этих значений, техники могут преобразовать закон Ома для вычисления третьего. Достаточно изменить пирамиду следующим образом:

Если нам известны напряжение (U) и ток (I), и мы хотим знать сопротивление (R), мы строим R из пирамиды и вычисляем полученную формулу ( см. первую пирамиду слева вверху).

Совет: Поскольку вы не можете измерить сопротивление цепи во время ее работы, закон Ома очень полезен, когда вам нужно его рассчитать. Вместо того, чтобы отключать цепь для измерения сопротивления, технический специалист может рассчитать R из приведенного выше преобразования закона Ома.

Если мы уже знаем напряжение (U) и сопротивление (R), но хотим узнать ток (I), мы наносим I из пирамиды и вычисляем два других символа (см. среднюю пирамиду выше).

А если мы знаем ток (I) и сопротивление (R), но хотим знать напряжение (U), то умножаем нижние половинки пирамиды на себя (см. первую пирамиду справа).

Попробуйте некоторые примеры расчетов на основе простой последовательной цепи только с одним источником напряжения (батарея) и сопротивлением (лампочка). В каждом из примеров известны два значения. Вычислите третью часть закона Ома.

Пример 1: напряжение (U) и сопротивление (R) известны.

Какой ток в цепи?

I = U / R = 12 В / 6 Ом = 2 А

Пример 2: напряжение (U) и ток (I) известны.

Каково сопротивление лампы?

R = U / I = 24 В / 6 A = 4 Ом

Пример 3: ток (I) и сопротивление (R) известны. Сколько напряжение?

Какое напряжение в цепи?

U = I x R = (5 А) (8 Ом) = 40 В

Когда Ом опубликовал свою формулу в 1827 году., его основной вывод заключался в том, что величина электрического тока, протекающего через проводник, составляет и прямо пропорциональна приложенному к нему напряжению. Другими словами, один вольт напряжения требуется для того, чтобы ток в один ампер проходил через сопротивление в один ом.

Что можно проверить с помощью закона Ома?

Закон Ома можно использовать для проверки статических значений компонентов схемы, уровней тока, источников напряжения и падений напряжения. Например, если измерительный прибор обнаруживает более высокий ток, чем обычно, это может быть уменьшение сопротивления или увеличение напряжения, что приводит к высокому напряжению в этой точке цепи.Это может указывать на проблемы с питанием или цепью.

Если измеренный ток в цепях постоянного тока ниже обычного, возможно падение напряжения или увеличение сопротивления цепи. Причинами повышенного сопротивления могут быть нестабильные или ослабленные соединения, коррозия и/или поврежденные компоненты.

Потребители в цепи потребляют электроэнергию. Приемниками могут быть любые элементы: мелкие электроприборы, компьютеры, предметы быта или большой двигатель.Большинство этих элементов (приемников) имеют паспортную табличку или информационную наклейку. Эти паспортные таблички содержат маркировку безопасности и множество справочных параметров.

Технические специалисты могут прочитать стандартные значения напряжения и силы тока на заводской табличке компонента. Если в ходе измерений технические специалисты обнаружат, что на их цифровом мультиметре или токоизмерительных клещах не отображаются обычные значения, они могут использовать закон Ома, чтобы определить, какая часть цепи выходит из строя и в чем может быть проблема.

Базовое знание цепей

Цепи, как и вся материя, состоят из атомов. Атомы состоят из субатомных частиц:

  • протонов (положительно заряженных),
  • нейтронов (без заряда),
  • электронов (отрицательно заряженных).

Атомы в полной мере сохраняют силы притяжения между ядром атома и электронами на его внешних оболочках. Под действием напряжения атомы в цепи начинают перестраиваться, и их частицы создают потенциал притяжения, называемый разностью потенциалов.Свободные электроны притягиваются протонами и их движение создает поток электронов (ток). Любой материал в цепи, препятствующий этому потоку, считается сопротивлением.

Источник: Digital Multimeter Principles, Glen A. Mazur, American Technical Publishers.

Связанные статьи

.

Закон Ома

Закон Ома описывает ситуацию простейшего случая зависимость между напряжением, приложенным к проводнику (сопротивлению), и током ток через этот проводник.

Формулировка закона Ома

Коэффициент силы тока, протекающего через проводник для питья между его одеял является постоянным.

Возвышение по закону Ома — Пост 1

I — интенсивность сила тока (в системе СИ в амперах — А)
U — напряжение между концами проводника (в системе СИ в вольтах — В)

Ра к Закону Ома — Пост 2

В противном случае закон Ома также можно сформулировать в условное обозначение:

I ~ U (I пропорциональна U)

Ток, протекающий через проводник, пропорциональна приложенному напряжению.

Вольтовая характеристика заполняющего проводника Закон Ома

Вольтовая характеристика заполняющего проводника Закон Ома — прямая.

Интерпретация закона Ома

Закон Ома говорит нам, что интенсивность потока через токопровод точно «передаёт» после изменения напряжения. Когда напряжение увеличивается вдвое, то поток, вызванный этим напряжением ток будет в два раза выше при увеличении напряжения 5 раз, сила этого тока должна возрасти в 5 раз по отношению к к начальному значению.

Другими словами:

Ток, являющийся следствием приложенного напряжения, ведет себя пропорционально своей причине.

Некоторый материал удовлетворяет закону Ома — в основном металлами и керамикой. Однако есть много веществ, которым законы Ома не удовлетворяют, т. е. интенсивность течения они вызывают изменение тока непропорционально напряжению.

Когда выполняется закон Ома?

Закон Ома является законом материи (не универсальным), что означает, что e Работает только для определенных материалов — веществ.Кроме того этот закон сушится только при определенных напряжениях и при определенных напряжениях внешние условия (например, температура должна быть постоянной).

Закон Ома в значительной степени выполняется металлами и материалами керамический. Однако есть много веществ, для которых законы Ома не подчиняются. то есть сила тока, проходящего через них, изменяется некоторым образом непропорционально напряжению. Кроме того, закон Ома был применим существенно зависит от диапазона напряжения — например. в типичных ситуациях с малышами ток напряжения пропорционален напряжению, но после передачи в диапазоне высоких напряжений пропорциональность будет нарушаться. На чертеже характеристики материалов, которые не соответствуют, представлены ниже Закон Ома.


Чертеж — пример характеристик НЕ соответствующих законодательству материалов Ом.

Материалы и не соответствующие законам Ома

К материалам, подчиняющимся закону Ома, относятся следующие проводники:

металлы (напр.Медь, Золото, Серебро, Железо)
Некоторые керамики
Большинство электролитов

NO Соответствует закону Ом:

полупроводники
газы (хотя в определенных диапазонах напряжения они могут быть совместимы с этим закон).

.

Закон Ома

Закон Ома

Сила электрического тока, протекающего по проводнику, прямо пропорциональна величине электрического напряжения на его концах и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Интересные статьи по физике: Делитель напряжения Мост Уитстона


В приведенной выше схеме амперметр А фактически измеряет сумму тока I и тока, протекающего через вольтметр V, Однако из-за того, что внутреннее сопротивление вольтметра (по сравнению с сопротивлением R) очень велико (обычно несколько сотен кОм), ток, протекающий через вольтметр, ничтожен.

Закон Ома выражается формулой:


После преобразования этой формулы можно получить другие, эквивалентные формулы:

Закон Ома — пример упражнения

На клеммах резистора было измерено напряжение 4В. Каково его сопротивление R, если при этом известно, что через него протекает 2А?

Решение

Используя закон Ома, получаем:

R = U / I = 4V / 2A = 2 Ω

Постоянный ток
Закон Кулона
Подключение конденсатора

См.
статьи, которые могут вас заинтересовать
Добавить комментарий3: 9000 на статье.

Комментарии пользователей (5)

2012-08-23 16:36:54 Йорг писал(а):
Очень полезная статья.Спустя десятилетия после выпуска некоторые вещи забываются. Особенно, если вы механик, а не электрик.Спасибо за статью.

10.10.2012 17:26:38 Anonymous писал(а):
Это все шаблоны трансформировались?

2012-11-22 08:35:13 DAwid123 писал(а):
Так же было бы полезно отметить буквы в формуле

2013-01-02 17:36:27 gugus писал(а) :
полезно

2013-03-17 20:52:47 marek писал(а):
здравствуйте помогите пожалуйста выбрать пусковую катушку для 2.2кВт 3-х фазного двигателя чтоб МГ работал на 220Вт пока все катушки взрываются из игры спасибо

.

Схемы электрического тока

Модели электрического тока

ЭДС (электродвижущая сила элемента)

— характеризует элемент с точки зрения способности совершать работу по перемещению заряда

Источник SEM представляет собой устройство, в котором неэлектрическая энергия может непрерывно преобразовываться в электрическую.

Интенсивность электрического тока

есть отношение электрического заряда, протекающего через поперечное сечение проводника, ко времени, за которое этот заряд прошел.

Закон Ома

сила тока (I), протекающего по проводнику, прямо пропорциональна напряжению (U), приложенному к его концам.

Электрическое сопротивление проводника

представляет собой постоянное отношение напряжения к току для этого проводника при данной температуре

Зависимость сопротивления проводника от геометрических размеров

Электрическое сопротивление проводника прямо пропорционально его длине, обратно пропорционально площади поверхности его поперечного сечения и зависит от типа материала проводника сделан из

Зависимость сопротивления проводника от температуры

Закон Ома для всей цепи

Ток, протекающий в цепи, прямо пропорционален электродвижущей силе и обратно пропорционален полному сопротивлению цепи.

Измерение напряжения (вольтметр)

Измерение напряжения производится вольтметром, который подключается параллельно точкам цепи. Вольтметр должен иметь очень высокое сопротивление по отношению к сопротивлениям других элементов цепи.
Диапазон измерения вольтметра изменяется путем включения последовательно с вольтметром высоких сопротивлений.

Измерение тока (амперметр)

Измерение тока производится амперметром, включенным последовательно в цепь. Амперметр должен иметь как можно меньшее сопротивление.

Для изменения диапазона шкалы амперметра к нему параллельно подключены сопротивления, называемые шунтами.

Закон Кирхгофа I

Сумма сил токов, втекающих в узловую точку, равна сумме сил токов, вытекающих из этой точки.

Второй закон Кирхгофа

Алгебраическая сумма электродвижущих сил (ЭДС) и падений напряжения в замкнутой цепи равна нулю.

Последовательное соединение резисторов

При последовательном соединении приемников эквивалентное сопротивление равно сумме сопротивлений отдельных приемников

Особенности подключения: через каждый резистор в соединении протекает ток одинаковой силы.Сумма падений напряжения на резисторах соединения равна напряжению, приложенному к соединению. Эта комбинация используется для увеличения сопротивления.

Параллельное соединение резисторов

При параллельном соединении приемников обратная величина эквивалентного сопротивления равна сумме обратной величины сопротивлений отдельных приемников.

Особенности соединения: на каждом сопротивлении, входящем в соединение, одинаковое падение напряжения, равное приложенному к соединению напряжению.Сумма сил токов, протекающих через соединительные элементы, равна силе тока, протекающего в соединение. Комбинация используется для уменьшения сопротивления. Полученное сопротивление ниже наименьшего, входящего в соединение.

Вывод формулы эквивалентного сопротивления последовательного соединения

Из второго закона Кирхгофа следует

Вывод формулы для эквивалентного сопротивления параллельного соединения

Из первого закона Кирхгофа следует

Последовательное соединение источников напряжения

Отрицательный полюс первого источника соединяется с положительным полюсом второго источника, отрицательный полюс второго источника соединяется с положительным полюсом следующего источника и так далее.Результирующая электродвижущая сила этой системы представляет собой сумму электродвижущих сил отдельных источников напряжения. Внутреннее сопротивление системы представляет собой сумму индивидуальных сопротивлений источников

Параллельное соединение источников напряжения

Положительные полюса всех источников подключаются к одному выводу системы, а отрицательные полюса — к другому. Электродвижущая сила системы равна электродвижущей силе одиночного источника. Обратная величина сопротивления внутреннего соединения равна сумме обратной величины внутреннего сопротивления отдельных источников.

Работа постоянного тока

Работа постоянного тока, протекающего по проводнику, равна произведению напряжения (U), силы (I) протекающего тока и времени протекания (t)

Вывод формулы для работы постоянного тока


Работа постоянного тока, выраженная током

Работа постоянного тока, протекающего по проводнику, равна произведению квадрата силы тока на сопротивление проводника и время протекания

Мощность постоянного тока

Мощность постоянного тока, протекающая по проводнику, равна произведению напряжения (U) и силы (I) протекающего тока

Мощность постоянного тока, выраженная через ток

Мощность постоянного тока, протекающего по проводнику, равна произведению квадрата силы этого тока (I) на сопротивление проводника (R)

Вт

Единицей мощности в СИ является ватт (Вт) или джоуль в секунду, если заменить джоуль электрическими единицами, то

т. е. ватт это мощность постоянного тока 1А (ампер) при напряжении 1В (вольт)

Киловатт-час (кВтч)

Киловатт-час (кВтч) – единица работы электрического тока, которая соответствует работе постоянного тока мощностью 1 кВт (киловатт) в течение 1 часа (часа).Один киловатт-час эквивалентен 3600 Дж (Джоулям).

Закон Джоуля

Количество тепловой энергии (Q), выделяющейся в проводнике, по которому протекает электрический ток, равно произведению напряжения на концах проводника (U), силы протекающего тока (I) и времени протекания ( т)

Эффективность электрического устройства

Мерой КПД электрических устройств является отношение полезной мощности к потребляемой (вкладываемой) мощности.


2008- 2012 © www.epomoce.pl

Политика конфиденциальности
Информация:

Уважаемый пользователь Интернета! Чтобы иметь возможность предоставлять вам все более качественные редакционные материалы и услуги, нам необходимо ваше согласие на адаптацию маркетингового контента к вашему поведению. Благодаря этому согласию мы можем поддерживать наши услуги.
Мы используем файлы cookie в функциональных целях, чтобы облегчить пользователям использование веб-сайта и создать анонимную статистику веб-сайта. Нам необходимо ваше согласие на их использование и сохранение в памяти устройства.
Вам должно быть не менее 16 лет, чтобы дать согласие на профилирование, файлы cookie и ремаркетинг. Отсутствие согласия никоим образом не ограничивает содержание нашего веб-сайта. Вы можете отозвать свое согласие в любое время в Политике конфиденциальности.
Мы всегда заботимся о вашей конфиденциальности. Мы не увеличиваем объем наших полномочий.

НЕТ СОГЛАСИЯ .Закон

Ом. История и модель

Закон Ома — это формула, выражающая математическую зависимость между током, напряжением и сопротивлением в электрической цепи. Это экспериментальный закон и в некоторых материалах (в основном в металлах) он достаточно точно выполняется для заданных условий протекания тока. Какова история этого закона? Какой узор?

Посмотрите видео: «Почему девочки лучше учатся в школе?»

1.Что такое Закон Ома?

Закон Ома провозглашает пропорциональность тока, протекающего по проводнику, напряжению между концами проводника . Он был открыт в 1825-1826 годах немецким учителем математики, впоследствии физиком, профессором Мюнхенского и Нюрнбергского технологического университетов Георгом Симоном Омом.

2. История закона Ома

В 1822 году Гемфри Дэви опубликовал результаты проведения электрического тока в металлах .В результате этих испытаний проводимость металлических проводов обратно пропорциональна их длине и прямо пропорциональна площади поперечного сечения. Этот исследователь также упорядочивал проводники по их способности проводить электричество.

Некоторое время спустя тогдашний школьный учитель математики Джордж Саймон Ом изучил зависимость электрического тока от размеров проводника и приложенного напряжения от 1825, но его работа была сложной и неясной, и поэтому не получила большого признания .

«Они не спят, потому что делают домашнее задание». Начался очередной учебный год

Полдня в школе, потом внеклассные занятия, а вечером домашняя работа. Родители выщипывают зарубки для маленького

прочитать статью

В 1826 году Ом представил результаты своих исследований в форме, аналогичной известной сегодня, утверждая, что ток, протекающий в проводнике, пропорционален приложенному напряжению .Однако прошло еще несколько лет, прежде чем научное сообщество приняло его утверждения.

Между 1845 и 1847 годами другой исследователь, Густав Кирхгоф, провел теоретический анализ течения и связал его плотность с электрическим полем внутри проводника. В 1900 г. Пауль Друде сформулировал свою модель проводимости металлов, объяснив пропорциональность тока напряжению, установленную экспериментально Омом.

Теперь известно, что многие материалы ведут себя не так, как утверждает Ом.Не соблюдается пропорциональность напряжения и тока и не всегда соблюдается закон Ома. Электронные компоненты и материалы, для которых выполняется закон Ома, называются линейными (или омическими), а те, для которых — нелинейными (или неомическими).

Закон Ома не является всеобщим законом природы , а лишь справедливым соотношением для материалов определенного класса, с ограниченным диапазоном токов и напряжений. Однако этот закон имеет большое историческое и практическое значение.Это было первое количественное математическое описание электрического тока .

«Школьные вызовы. Как грамотно поддержать ребенка во взрослении?» — Издательство «Само седно».

Моника Грегорчук, Барбара Колтысь «Школьные вызовы.Как разумно поддержать взросление ребенка?» Книга

прочитать статью

3. Формула закона Ома

Для проводников напряжение между его концами пропорционально току, протекающему по проводнику. При определенной температуре коэффициент пропорциональности постоянен и мы называем его сопротивлением проводника.

Для проводника сопротивлением R, по которому протекает ток силой I, напряжение U между его концами равно:

U = I x R

Единицей сопротивления является Ω [Ом].

Сопротивление может быть связано с геометрией проводника. Для проводника длиной l и сечением S сопротивление составит:

R = p x l / S

, где р — удельное сопротивление, зависящее от материала, из которого изготовлен проводник.

Этот закон определяет сопротивление как коэффициент отношения напряжения к току . Он зависит от температуры, и для металлов он будет расти линейно с ней. Если при определенной температуре Т0 сопротивление будет равно R0, то при температуре ΔТ оно будет:

RΔT = R0 + R0⋅α⋅ΔT

где α — температурный коэффициент сопротивления

Для полупроводниковых материалов сопротивление будет уменьшаться экспоненциально при повышении температуры.

При комнатной температуре удельное сопротивление между стеклами составляет 1,7⋅10–8 Ом·м, а стекло в 1018 раз больше.

.

Закон Ома

Закон Ома гласит, что ток электрический (I), протекающий через проводник, прямо пропорционален напряжению (U), приложенному к концам этого проводника. Этот закон справедлив только в том случае, если температура проводника остается постоянной.

Закон Ома для постоянного тока можно записать в виде:

U = RI,

где R — электрическое сопротивление проводника.

Электрическое сопротивление , являющееся коэффициентом пропорциональности в уравнении Ома , зависит только от свойств данного проводника, но не от приложенного к его концам напряжения и протекающего по нему тока.

Сопротивление проводника зависит от трех факторов, т.е. площади поперечного сечения проводника (S), его длины (l) и т.н. удельное сопротивление (ρ), которое зависит от температуры и типа материала, из которого изготовлен проводник.

Формула для сопротивления выглядит следующим образом:

Единицей электрического сопротивления является ом, который равен .

Удельное сопротивление — характеристическая величина для типа проводника, представляет собой следующую температурную функцию:

где: ρ 0 — удельное сопротивление при 273К, α — температурный коэффициент сопротивления (постоянная величина для данного материала), T — температура.

Из последнего

.

::: В гостях ::: — Ты главный!

Дизайн – будьте в курсе

я текущий
В электрический заряд
У электрическое напряжение
Ε источник тока электродвижущей силы (SEM)
Р электрооборудование
р Внутреннее оборудование SEM
т время
р тип проводника s — проводимость материала l — длина проводника
С сечение провода
Вт работа с электрическим током
Р электроэнергия
Т температура

Увеличение тока. Количество груза Q, которое течет за время t

Увеличение интенсивности по закону Ома

Модель на базе

Надлежащая проводимость материал, можно узнать геометрические размеры и электропроводность электрическая из однородного блока данного материала:

,

где: G — электропроводность электрическая, S — площадь поперечного сечения элемента, l — длина блока.

Проводящие блоки правильная СИ в системе сименс на метр (1 См/м)

Увеличение электрического сопротивления проводника, температура которого увеличилась на D Тл, где R 0 сопротивление при начальной температуре, а это температурный коэффициент сопротивления

Увеличение SEM, где W — работа, выполненная источником для перемещения груза Q

Уравнение, выражающее закон Ома для замкнутой цепи

U = e-IrWzr к реальному напряжению rda

Р = Р 90 129 1 90 130 + Р 90 129 2 90 130 +… + Р н 90 130

Расширение запасного сопротивления для n последовательно соединенных резисторов

Увеличение заменяющего сопротивления для n резисторов, соединенных параллельно

Вт = UIt

Р = Вт/т

П = УИ.

.


Смотрите также

  • Вес природного газа в 1м3
  • Генератор энергии своими руками
  • Как самому сделать дымогенератор для холодного копчения
  • Как приготовить раствор из глины для кладки печи
  • Газовый котел для теплого пола
  • Будерус ошибка 6 а
  • Шайка это в бане
  • Водонагреватель аристон ремонт
  • Лампа для зеркала в ванной
  • Теплый плинтус водяной своими руками
  • Температура комфорта для человека в помещении

Как найти силу тока — по формуле в резисторе, цепи, проводнике, зная мощность, ищем внутреннее сопротивление в электрической цепи

Чтобы правильно построить электрические цепочки в физике необходим расчёт параметров электроэнергии. Поскольку цель использования электрического тока в электротехнической технике – выполнение током работы, то появляется вопрос о поиске значения силы тока.

Однако, помимо этого следует понимать различие между разными видами электрической мощности, а также знать несколько способов для их вычисления.

Содержание

Определения

Сила тока – физическая величина, являющаяся одной из главных характеристик электрического тока. Она определяется таким понятием как: направленное движение электрических частиц. Другими словами, сила тока равна заряду, который за одну единицу времени прошёл через сечение проводника. Обозначается сила тока: [ I ] и исчисляется в Амперах (А).

Электрическая мощность — физическая величина, которая показывает с какой скоростью преобразуется или передаётся энергия электричества. Данная величина – характеристика производительности прибора. Обозначается: [ P ] и измеряется в Ватт (Вт).

Интересно! Впервые «Ватт» стали использоваться только в 1882 году. Ранее данный термин заменялся «лошадиными силами» (которые, в некоторых сферах, таких как автомобилестроение, используются и сейчас).

Формулы

Для нахождения силы тока

Сила тока рассчитывается по следующим формулам:

I = q/t

  • q – заряд, который проходит через сечение проводника,
  • t – время в секундах.

Закон Ома:

I = P/U

  • P – электрическая мощность,
  • U – электрическое напряжение.

I = U/R

  • U – электрическое напряжение,
  • R – электрическое сопротивление.

Следствие закона Джоуля-Ленца:

I = корень из Q/Rt

  • R – электрическое сопротивление,
  • Q – количество теплоты,
  • t – время.

Для мощности электрического тока

P = A/t

  • A – работа, которую выполняет электроприбор,
  • t – время.

P = UxI

  • U – электрическое напряжение,
  • I – сила тока.

P = U2/R

  • U – электрическое напряжение,
  • R – электрическое сопротивление.

Нахождение силы тока при помощи приборов

Помимо формул, в некоторых случаях, гораздо удобнее использовать вычислительные приборы. Самое главное: правильно их использовать. При измерении следует соблюдать определенные правила и помнить о технике безопасности.

Амперметр

Амперметр – самый распространённый прибор для применения его в электрической цепи.

Единственным недостатком данного прибора является его собственное маленькое сопротивление, из-за чего он может сгореть или просто выключиться, если ему придется измерять силу тока, на которую он не рассчитан. Именно поэтому считается, что универсальность амперметра сильно ограничена.

Если появляется необходимость измерить постоянный ток, то для измерения прибором придется разорвать цепь, а также не забыть про полярность подключения. Данный процесс не всегда удобен и как следствие иногда вычисление по формулам является более предпочтительным.

Существует несколько видов амперметров, каждый из которых используется локально, то есть в определенных электрических цепочках. Наиболее популярными стали: тепловой, электромагнитный, магнитноэлектрический, электродинамический и индукционный амперметр.

Правила при работе с амперметром
  1. Клемму амперметра, на которой изображен «плюс» – соединяем с проводом, который идет от положительного полюса. Клемма с «минусом» – наоборот.
  2. Подключать амперметр в электрическую цепь, при отсутствии потребителя тока, нельзя.
  3. Подключается амперметр в цепи последовательно.

Мультиметром

Мультиметр является многофункциональным прибором, то есть он может измерять ток и постоянных, и переменных токов. Его подключение аналогично амперметру (при условии измерения силы тока).

Прежде чем включить мультиметр внутри цепи, важно проверить режим измерения, а также выбрать пределы измерения гораздо больше силы, которую Вы ожидаете увидеть (современные мультиметры имеют цифровое табло).

При нахождении значения переменного тока переключите прибор на нужный режим и записывайте значения только после того, как цифры на дисплее перестанут мигать.

Единицы измерения на практике

Единицы измерения, приведенные в формулах, порой могут оказаться неудобным на практике, и оттого считаются «теоретическими». Например, в паспортах различных электроприборах (лампочек, телевизоров) Вы не увидите электрическую мощность в Ваттах. Это связано с тем, что если преобразовать формулу, то мы получим, что один Ватт – это 1 Джоуль/1 секунду.

И такое выражение крайне неудобное, ведь электроприборы потребляют ток в течение долгого времени: несколько минут, часов, дней, а расчет электричества по электросчетчику проводится раз в месяц!

Такие расчеты не оправданы и, как следствие, на практике время стали выражать не в секундах, а в часах, из-за чего электрический ток больше не выражается в Ваттах, а в ватт-час (ВтхЧ) или киловатт-час (кВтхЧ).

Из-за введения разных терминов (единиц измерения) мощности, следует разобраться как отличать килоВатт от килоВатт в час. Понятие первое показывает непосредственную мощность электротехники. Другими словами, в виде числа показывает способность прибора преобразовывать энергию электричества. КилоВатт в час – это то, сколько килоВатт за единицу времени (один час) может потребить, например, лампочка.

Сама мощность прибора никак не зависит от времени, однако то, какую мощность он может потребить – напрямую зависит от времени.

Узнать мощность электротехники, без использования формул или специальных приборов, можно взглянув на паспорт (инструкцию) выбранного объекта или на наклейку на нем.

  • Телевизор в среднем потребляет до 200 Вт.
  • Компьютер – 550 Вт.
  • Электрический чайник – 1200 Вт.
  • Тостер – 1200 Вт.
  • Электрообогреватель – 1400 Вт.
  • Микроволновая печь (СВЧ) – 1800 Вт.
  • Электроплита – 2500 Вт.

Связь мощности тока с действием тока в электрической цепи

Определить нагрузку на прибор в электрической цепи можно с помощью сравнения мощности тока и номинальной мощности электротехники.

В случае, если мощность самого тока меньше, то его недостаточно или он в целом не проявляется. Это значит, что, если подключить мощный прибор – работать он не начнет.

Обратная ситуация, если сила тока слишком велика, то слабые приборы просто сгорят.

С помощью приведенных выше формул можно находить неизвестные переменные, которые используются в вычислительных задачах, связанных с электричеством. Самые распространенные величины в таких задачах: сопротивление, мощность, напряжение.

Каждый электроприбор имеет свою электрическую мощность и рассчитан на определенную силу тока. При избытке – прибор может сломаться, а при недостатке – не будет работать.

Иногда удобней будет использовать вычислительные «помощники», такие, как амперметр и мультиметр. Они изобретены для того, чтобы измерить силу тока в цепи, однако важно помнить об особенностях их использования.

Фото определения силы тока

Автор статьи:

Конспект урока. «Закон Ома для участка цепи» | Физика

 2) Актуализация знаний

 

Вопросы

1.что такое электрический ток?

2.каков физический смысл понятия — сила тока?

3.что характеризует напряжение, каков физический этого понятия?

4.что такое сопротивление?

5. каков механизм возникновения сопротивления?

3) Выявление проблемы

 

1.что общего между этими 3-мя величинами?

 

2.Ребята, как вы думаете, к какой проблеме, связанной с этими величинами, мы подошли?

на какой   вопрос мы должны найти ответ?

На экране слайд: проблема

Учитель: определили ПРОБЛЕМУ   которой   будем  заниматься:  какова зависимость  между  силой  тока, напряжением  и сопротивлением?

  1. как вы  думаете,  какая из этих величин  не зависит   от  других?

 

 

  1. напряжение?

 

 

 

  1. сила тока?

 

 

 

 

 

 

У. Пришли к выводу: сила тока зависимая величина, она зависит от напряжения и силы тока, нужна  более конкретная формулировка  проблемы.

4)Постановка гипотезы

Ребята, выдвигаем  ГИПОТЕЗУ  каков же  характер  зависимости  1) силы тока от напряжения

У. Вспомните математику:

как называется такая зависимость

 

  1. Как зависит сила тока  от  сопротивления

 

 

 

 

 

 

 

На экране – слайд   ГИПОТЕЗА

Учитель. Гипотеза требует  экспериментального  подтверждения, в науке принимается за истину

лишь экспериментально доказанное  утверждение. Как докажем  выдвинутую гипотезу?

 

5)Эксперимент

У. Из каких элементов должна состоять электрическая цепь?                                    

 У. кто желает собрать цепь на  интерактивной доске

У. Остальные начертите схему цепи в тетрадях

Учитель проходит между рядами, проверяет схемы

У. Показания амперметра и вольтметра записываем в таблицу.

 (Таблица проецируется на экран.

 

 

 

У. Как увеличим напряжение в 2 раза?

 

 

У. На интерактивной доске собираем цепь с теми же элементами,  но добавляем ещё один источник тока.

 

У. Увеличьте  напряжение в три раза, показания амперметра и вольтметра занесите в таблицу.

 

У. Чертим  график зависимости силы тока от напряжения по данным из таблицы.

Учитель проверяет, таблицу, графики учащихся.

 

 

 

 

 

У. Делаем вывод, как  зависит  сила тока от . напряжения? какой получился график?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У. Начинаем  работу  над  второй  частью  гипотезы, как выяснить экспериментально, какова зависимость силы тока от сопротивления.

У. Как можно изменить сопротивление в данной цепи.

 

 

 

 

 

 

 

У. Работаем по предложенной схеме. Кто желает собрать электрические цепи на интерактивной доске.

 

 

 

У. Занесите показания амперметра и значение  сопротивления  в таблицу. Сопротивление лампы 5 Ом

 

 

У. Начертите  график  зависимости силы тока от сопротивления

У. как называется полученная кривая, графиком какой функции является эта прямая.

У. Анализируем полученные результаты: как зависит сила тока от сопротивления? Какая зависимость?

 

 

 

 

 

6) Вывод

У.  Делаем вывод по двум экспериментам  сразу, подтвердилась ли гипотеза предложенная вами.

Нужно  сформулировать – как зависит  сила тока от  напряжения  и  от  сопротивления

 

У. Утверждение к которому вы пришли –закон Ома для участка цепи. Вы открыли для себя этот  закон  сегодня, впервые он был открыт Георгом  Симоном Омом в 1826 году.  

 

 

 

 

 

 

 

7) Исторические сведения

Послушаем  исторические сведения об открытии этого закона

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8) У. Немного отдыха и движения-

                             физкультминутка

 

 

9) Практическое значение закона Ома

Слайд

У.закон Ома имеет огромное практическое значение  в электротехнике, радиотехнике. 1)применяя этот закон можно найти любую  из трех величин, зная две другие.

2) можно регулировать  силу тока, изменяя сопротивление и напряжение.

Решение задачи

10)Закрепление.

Задачи в виде таблиц проецируются на экран

        I

    R

       U

 

11)Рефлексия

 

блиц-тест(проецируется на экран)

1)Напряжение на участке цепи  2,4 В, сопротивление 3 Ома, найти  силу тока.

А) 4 А  Б) 7,2 А  В) 6 А  Г) 0,8 А

2) Как увеличить силу тока в 3 раза  при постоянном напряжении.

А)увеличить сопротивление в 3 раза

Б) уменьшить сопротивление в 3 раза

В) увеличить сопротивление 1,5 раза

Г) уменьшить сопротивление 1,5раза

3) При напряжении 1,2 кВ сила тока в цепи одной  из  секций телевизора равна 50 мА. Чему равно сопротивление цепи в этой секции.

А)2400 ОМ        В)240 Ом

Г)600 Ом           Д) 24000

 

4) Требуется  увеличить в 4 раза силу  тока в цепи при возросшем вдвое сопротивлении. Что нужно для этого делать

 

А)уменьшить напряжение 4 раза

Б)увеличить напряжение в 4 раза

В)уменьшить напряжение в 8 раз
г)увеличить напряжение в 8 раз

У. Меняйтесь тетрадями, проверяйте работу друг друга.  Правильные ответы : Г Б Д Г

Ставим оценки  « 5 » -нет ошибок, « 4» — 1 ошибка, « 3»- 2 ошибки

12)Итог

У.Что нового вы узнали сегодня на уроке ?

У. Сформулируйте закон Ома.

 

У. Ребята, на каждом уроке мы открываем новые законы.   Неважно, что эти законы  уже открыты. Мы открываем  все для себя,

и мир вокруг нас становится ярче,  интересней. Пусть ваши умы будут готовы к открытиям, постижению истины.

 

 

 

Отвечают на поставленные вопросы, при необходимости уточняют и дополняют друг друга.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.они характеризуют   одно   явление – электрический ток

 

 

2.есть ли связь между этими   величинами?

Какая зависимость между этими величинами?

 

 

 

 

 

 

 

1.сопротивление  зависит  от   вещества, геометрических  размеров  проводника, от  силы тока  и напряжения  сопротивление  не  будет  зависеть.

2.напряжение —  работа  источника  при перенесении  единичного  заряда.    от  сопротивления  работа  зависит,  от  силы  тока  —  нет .

3.количество  заряда  проходящее   через поперечное   сечение  за единицу  времени  будет  зависеть и от напряжения,  и от сопротивления

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)О. При увеличении напряжения сила тока увеличится, при уменьшении напряжения сила тока уменьшится

О. Это –прямая пропорциональность, сила  тока  прямо  пропорциональна

напряжению

2)О. При увеличении сопротивления сила тока уменьшится, при уменьшении-увеличится

О. Это — обратная пропорциональность,  сила тока обратно пропорциональна сопротивлению

 

 

О.  Для доказательства прямой зависимости силы тока от напряжения: собрать  электрическую цепь, изменять напряжение при  постоянном сопротивлении, измерять силу тока и напряжение с помощью амперметра и вольтметра.

 

 

О. В цепи- источник тока, лампа, амперметр, вольтметр.

 

Ученик собирает  цепь на интерактивной доске. (слайд )

 

 

 

Значение силы тока и напряжения заносят в  таблицу

 

 

 

О. Два источника тока нужно соединить последовательно

 

 Ученик собирает цепь на доске.

На местах чертят схему, показания амперметра и вольтметра записывают в таблицу.

Ученик собирает цепь с тремя источниками, показания измерительных приборов заносятся в таблицу.

 

Чертят  график

 

 

 

 

 

 

 

 

О. При увеличении напряжения в 2 раза сила тока тоже увеличивается  в 2 раза. При увеличении  напряжения в 3 раза, сила тока увеличивается в три раза

О.График –прямая.

О.Гипотеза о зависимости силы тока от напряжения подтвердилась: Сила тока прямо пропорциональна напряжению.

Первая часть гипотезы  доказана экспериментально,(на экране  слайд)

 

О. Оставляя неизменным напряжение,          меняем сопротивление

 

О. Если соединить 2 лампы последовательно, сопротивление увеличится в 2 раза.

О. Для увеличения сопротивления в 3 раза, соединяем 3 лампы последовательно.

 

 

 

 

 

1-й ученик собирает электрическую цепь с одной лампой.

Снимают показания амперметра,  заносят в  таблицу (слайд)

2-й и 3-й ученики собирают электрическую цепь с 2-мя и 3-мя лампами. (слайд)

Все ученики снимают показания амперметра при разных сопротивлениях,  заносят в  таблицу в тетрадях

 

 

О.График данной зависимости – гипербола, график функции обратной пропорциональности.

 

 

О. При увеличении сопротивления в 2 раза сила тока уменьшилась в 2 раза, при увеличении в 3 раза-уменьшилась в 3 раза, это-обратная пропорциональность.

 

 

 

 

 

О. Эксперимент подтвердил нашу гипотезу

 

 

О. сила тока прямо  пропорциональна напряжению, обратно  пропорциональна сопротивлению.

 

Ученики пишут закон Ома в тетрадях (слайд)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ученица. Исторические сведения.(Слайд )

 

Закон Ома был открыт 1826 году. Электрический ток только начали изучать, не было источников тока, амперметров, вольтметров.

В качестве источника тока Ом взял термоэлемент, состоящий из меди и висмута, спаянные в двух местах. Первый спай нагревался, второй охлаждался, в зависимости  от разности температур менялось напряжение. Изменение силы тока Ом фиксировал с помощью магнитной стрелки. Магнитную стрелку подвешивал на нитке и располагал параллельно проводу по которому протекает ток. Из-за магнитного действия тока стрелка отклонялась.  По отклонению магнитной стрелки фиксировалось изменение силы тока. Работу Ома в Германии встретили хорошо, а в других странах долго о ней  не знали, спустя 10 лет французский ученый Пулье вновь открыл этот закон. Но ему было указано, что в 1827 году этот закон открыт Омом. Во Франции этот закон изучают под именем закон Пулье.

 

 

Физкультминутку проводит ученик, заранее подготовленный.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ученики решают задачи, по желанию  выходят к доске, заполняют таблицу.

 

 

 

 

 

 

 

 

Ученики отвечают  на вопросы теста

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Учащиеся  решают  задачи, пишут ответы в виде ряда букв на полях тетради

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О. Мы узнали закон Ома, зависимость силы тока от напряжения и сопротивления.

О. Ученики формулируют закон Ома.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Theory — Electronics Cookbook [Book]

Хотя эта книга в основном посвящена практике, а не теории, есть несколько теоретических аспектов электроники, которых почти невозможно избежать.

В частности, если вы понимаете взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением, многие другие вещи будут иметь гораздо больше смысла.

Точно так же связь между мощностью, напряжением и током возникает снова и снова.

Проблема

Вы хотите понять, что означает текущий в электронике.

Решение

Как следует из слова «ток», значение тока в электронике близко к значению тока в реке. Вы можете думать о силе тока в трубе как о количестве воды, проходящей через точку трубы каждую секунду. Это может быть измерено во многих галлонах в секунду.

В электронике ток — это количество заряда, переносимого электронами, проходящими точку в проводе в секунду (Рисунок 1-1). Единицей силы тока является ампер, сокращенно ампер или обозначение единицы измерения А.

Рис. 1-1. Ток, протекающий по проводу

Обсуждение

Для многих цепей один целый ампер представляет собой довольно большой ток, поэтому единиц мА (миллиампер, тысячная доля ампера) вы увидите много.

См. также

Список единиц и префиксов единиц, таких как мА, см. в Приложении D.

Чтобы узнать больше о токе в цепи, см. Рецепт 1.4.

Проблема

Вы хотите понять, что означает напряжение в электронике.

Решение

В Рецепте 1.1 вы читаете, какова скорость потока заряда. Этот ток не будет течь, если на него что-то не повлияет. В водопроводной трубе это может быть связано с тем, что один конец трубы выше другого.

Чтобы понять напряжение, полезно представить его как высоту в системе водопроводных труб. Как и высота, она относительна, поэтому высота трубы над уровнем моря определяет не то, насколько быстро вода течет по трубе, а то, насколько выше один конец трубы над другим (Рисунок 1-2).

Рис. 1-2. Напряжение по аналогии с высотой

Напряжение может относиться к напряжению на проводе (от одного конца до другого), а в других ситуациях оно может относиться к напряжению от одной клеммы батареи к другой. Общей чертой является то, что для того, чтобы напряжение имело смысл, оно должно относиться к двум точкам; более высокое напряжение — это положительное напряжение, отмеченное знаком +.

Это разница в напряжении, которая создает ток в проводе. Если нет разницы в напряжении между одним концом провода и другим, то ток не течет.

Единицей измерения напряжения является вольт. Батарейка типа АА имеет напряжение около 1,5 В на клеммах. Arduino работает от 5 В, а Raspberry Pi работает от 3,3 В, хотя для него требуется питание 5 В, которое снижается до 3,3 В.

Обсуждение

Иногда кажется, что напряжение используется для обозначения одной точки электронной схемы, а не разницы между двумя точками. В таких случаях напряжение означает разницу между напряжением в одной точке цепи и на земле. Земля (обычно сокращенно GND) — это локальное опорное напряжение, относительно которого измеряются все остальные напряжения в цепи. Это, если хотите, 0В.

См. также

Чтобы узнать больше о напряжениях, см. Рецепт 1.5.

Проблема

Вы хотите понять, как напряжение на чем-то управляет током, протекающим через это.

Решение

Используйте закон Ома.

Закон Ома гласит, что ток, протекающий через провод или электронный компонент (I), равен напряжению на этом проводе или компоненте (V), деленному на сопротивление компонента (R). Другими словами:

I=VR

Если вы хотите рассчитать напряжение, то эту формулу можно изменить следующим образом:

V=I×R

И, если вы знаете ток, протекающий через резистор, и напряжение на резисторе, вы можете вычислить сопротивление с помощью:

R=VI

Обсуждение

Сопротивление – это способность вещества сопротивляться протеканию тока. Провод должен иметь низкое сопротивление, потому что вы обычно не хотите, чтобы электричество, протекающее по проводу, было без необходимости затруднено. Чем толще провод, тем меньше его сопротивление для данной длины. Таким образом, несколько футов тонкого провода, который вы можете обнаружить, соединяя аккумулятор с лампочкой (или, что более вероятно, со светодиодом) в фонарике, могут иметь сопротивление от 0,1 Ом до 1 Ом, в то время как такая же длина толстого кабеля розетки переменного тока для чайника может имеют сопротивление всего несколько миллиом (мОм).

Чрезвычайно распространено желание ограничить величину тока, протекающего через часть цепи, путем добавления некоторого сопротивления в виде специального компонента, называемого резистором.

На рис. 1-3 показан резистор (зигзагообразная линия) и указаны ток, протекающий через него (I), и напряжение на нем (V).

Рис. 1-3. Напряжение, ток и сопротивление

Предположим, что нам нужно подключить батарею на 1,5 В к резистору на 100 Ом, как показано на Рисунке 1-4. Греческая буква Ω (омега) используется для обозначения единицы сопротивления («Ом»).

Рис. 1-4. Батарея и резистор

Согласно закону Ома, ток равен напряжению на резисторе, деленному на сопротивление резистора (можно предположить, что сопротивление проводов равно нулю).

Итак, I = 1,5/100 = 0,015 А или 15 мА.

См. также

Чтобы понять, что происходит с током, протекающим через резисторы и провода в цепи, см. Рецепт 1.4.

Чтобы понять взаимосвязь между током, напряжением и мощностью, см. Рецепт 1.6.

Проблема

Вы хотите понять, какой ток будет протекать через любую точку цепи.

Решение

Используйте Текущий закон Кирхгофа.

Проще говоря, закон тока Кихгофа гласит, что в любой точке цепи ток, втекающий в эту точку, должен равняться току, вытекающему из нее.

Обсуждение

Например, на Рисунке 1-5 два резистора соединены параллельно и питаются от батареи (обратите внимание на условное обозначение батареи слева на Рисунке 1-5).

Рис. 1-5. Резисторы, включенные параллельно

В точке X ток I будет течь в точку X от батареи, но есть две ответвления от X. Если резисторы одинакового номинала, то через каждую ветвь будет протекать половина тока .

В точке Y два пути воссоединяются, поэтому два тока I/2, втекающие в Y, будут объединены для создания тока I, вытекающего из Y. .

Дальнейшее обсуждение резисторов, включенных параллельно, см. в рецепте 2.5.

Проблема

Вы хотите понять, как складываются напряжения в цепи.

Решение

Используйте закон напряжения Кирхгофа.

Этот закон гласит, что все напряжения между различными точками цепи в сумме равны нулю.

Обсуждение

На рис. 1-6 показаны два последовательно соединенных резистора с батареей. Предполагается, что оба резистора имеют одинаковое значение.

Рис. 1-6. Резисторы серии

На первый взгляд неясно, как применяется закон Кирхгофа для напряжения, пока вы не посмотрите на полярность напряжения. Слева батарея подает V вольт, которые равны по величине, но противоположны по направлению (и, следовательно, по знаку) двум напряжениям V/2 на каждом резисторе.

Другой способ взглянуть на это состоит в том, что V должно быть уравновешено двумя напряжениями V/2. Другими словами, V = V/2 + V/2 или V – (V/2 + V/2) = 0,

См. также

Такое расположение пары резисторов также используется для уменьшения напряжения (см. рецепт 2.6).

Текущий закон Кирхгофа см. в Рецепте 1.4.

Задача

Вы хотите знать, что означает мощность в электронике.

Решение

В электронике мощность — это скорость преобразования электрической энергии в другую форму энергии (обычно в тепло). Измеряется в джоулях энергии в секунду, которая также известна как ватт (Вт).

Когда вы подключаете резистор, как показано на Рисунке 1-4 Рецепта 1.3, резистор будет выделять тепло, и если это значительное количество тепла, то резистор станет горячим. Вы можете рассчитать количество энергии, преобразованной в тепло, используя формулу:

P = I x V

Другими словами, мощность в ваттах — это напряжение на резисторе (в вольтах), умноженное на протекающий через него ток в амперах. . В примере на Рисунке 1-4, где напряжение на резисторе составляет 1,5 В, а ток через него рассчитан как 15 мА, генерируемая тепловая мощность составит 1,5 В x 15 мА = 22,5 мВт.

Обсуждение

Если известны напряжение на резисторе и сопротивление резистора, то можно объединить закон Ома и P=IV и использовать формулу:

P=V2R

При V=1,5 В и R 100 Ом мощность составляет 1,5 В x 1,5 В / 100 Ом = 22,5 мВт.

См. также

Закон Ома см. в рецепте 1.3.

Проблема

Вы слышали, что электричество бывает двух видов: постоянный ток (DC) и переменный ток (AC), и хотите узнать разницу.

Решение

Во всех рецептах до этого момента предполагается DC. Напряжение постоянное и, как правило, то, что вы ожидаете от батареи.

Переменный ток подается через настенные розетки, и хотя его можно снизить до более низкого напряжения (см. Рецепт 3.9), обычно он имеет высокое (и опасное) напряжение. В США это означает 110 В, а в большинстве других стран мира 220 В или 240 В.

Обсуждение

Что превращает переменный в переменный ток, так это тот факт, что направление тока в переменном токе меняется на противоположное много раз в секунду. На рис. 1-7 показано, как меняется напряжение в настенной розетке переменного тока в США.

Рис. 1-7. Переменный ток

Первое, на что следует обратить внимание, это то, что напряжение следует форме синусоиды, плавно увеличиваясь до тех пор, пока не превысит 150 В, затем снижается от 0 В до примерно -150 В, а затем снова поднимается, что занимает около 16,6 тысячных секунды ( миллисекунд или мс) для завершения одного полного цикла.

Соотношение между периодом переменного тока (время, необходимое для одного полного цикла) и частотой переменного тока (количество циклов в секунду):

частота = 1 период

Единицей частоты является герц (сокращенно Гц), поэтому вы можете видеть, что переменный ток, показанный на рис. 1-7, имеет период 16,6 мс, что составляет 0,0166 секунды. Таким образом, вы можете рассчитать частоту как:

частота = 1 период = 10,0166≈60 Гц

Вам может быть интересно, почему переменный ток от розетки описывается как 110 В, когда на самом деле ему удается колебаться в диапазоне более 300 В от пика к пику. Ответ заключается в том, что цифра 110 В — это эквивалентное постоянное напряжение, способное обеспечить такое же количество энергии. Это называется среднеквадратичным значением напряжения и представляет собой пиковое напряжение, деленное на квадратный корень из 2 (что примерно равно 1,41). Таким образом, в предыдущем примере пиковое напряжение 155 В при делении на 1,41 дает примерно 110 В RMS.

См. также

Дополнительную информацию об использовании переменного тока см. в главе 7.

Мощность, рассеиваемая резистором? Надежность цепи и примеры расчетов

 

В электронике термин «рассеивание» довольно распространен, и те, кто работает в этой отрасли, слишком хорошо его знают или, по крайней мере, должны знать. Я говорю должен, потому что очевидно, что это не всегда так. Что ж, я подробнее остановлюсь на том, почему я сразу сказал «должен». Но пока давайте сосредоточимся на теме диссипации.

Возьмем, к примеру, полностью заряженный конденсатор, такой как конденсатор емкостью 3,0 фарад, используемый в аудиосистеме. В этом случае, если вы снимаете конденсатор для хранения, замены или проведения технического обслуживания системы, вы определенно хотите, чтобы конденсатор рассеял свой заряд.

Это был пункт, который не смог понять один джентльмен, даже после того, как предоставил ему подробные детали вместе с необходимыми шагами. Однако несоблюдение надлежащих протоколов разрядки плюс катание конденсатора в багажнике плюс WD-40 равняется событию, которое могло бы вдохновить одну из моих любимых групп (The Power Station) на написание одной из моих любимых песен (Some Like it Hot). Кроме шуток, в его багажнике горела жара, и по сей день его прозвище все еще «дым-дым-дым».

Что такое рассеиваемая мощность?

Рассеяние мощности определяется как процесс, при котором электронное или электрическое устройство выделяет тепло (потери или потери энергии) в качестве нежелательного производного от его основного действия. Как и в случае с центральными процессорами, рассеивание мощности является основной проблемой в компьютерной архитектуре.

Кроме того, рассеивание мощности в резисторах считается естественным явлением. Факт остается фактом: все резисторы, являющиеся частью цепи и имеющие на ней падение напряжения, будут рассеивать электрическую мощность. Более того, эта электрическая мощность преобразуется в тепловую энергию, и поэтому все резисторы имеют номинальную мощность. Кроме того, номинальная мощность резистора — это классификация, которая характеризует максимальную мощность, которую он может рассеивать, прежде чем он достигнет критического отказа.

Как вы, наверное, знаете, мощность выражается в ваттах (Вт), а формула мощности: P (мощность) = I (ток) x E (напряжение). Что касается законов физики, если есть увеличение напряжения (E), то ток (I) также будет увеличиваться, и, в свою очередь, будет увеличиваться рассеиваемая мощность резистора. Однако, если вы увеличите значение резистора, ток уменьшится, а также уменьшится рассеиваемая мощность резистора. Эта корреляция следует закону Ома, который устанавливает формулу тока как I (ток) = V (напряжение) ÷ R (сопротивление).

Расчет мощности, рассеиваемой резистором

В области электроники рассеиваемая мощность также является параметром измерения, который количественно определяет выделение тепла в цепи из-за неэффективности. Другими словами, рассеиваемая мощность является мерой того, сколько мощности (P = I x E) в цепи преобразуется в тепло. Как я упоминал ранее, у каждого резистора есть номинальная мощность, и с точки зрения конструкции это позволяет разработчикам оценить, будет ли конкретный резистор соответствовать их конструктивным требованиям в схеме. Итак, теперь давайте подробнее рассмотрим, как рассчитать этот критический параметр конструкции.

Во-первых, согласно закону Ома,

В (напряжение) = I (ток) × R (сопротивление)

I (ток) = V (напряжение) ÷ R (сопротивление)

P (мощность) = I (ток) × V (напряжение)

Следовательно, для расчета мощности, рассеиваемой резистором, формулы следующие:

P (рассеиваемая мощность) = I2 (ток) × R (сопротивление)

или

P (рассеиваемая мощность) = V2 (напряжение) ÷ R (сопротивление)

Итак, используя приведенную выше принципиальную схему в качестве справки, мы можем применить эти формулы для определения мощности, рассеиваемой резистором.

Напряжение = 9 В

Сопротивление = 100 Ом

I (ток) = 9 В ÷ 100 Ом или I (ток) = 90 мА

P (мощность) = 90 мА × 9 В или P (мощность) = 0,81 Вт или 810 мВт

P (рассеиваемая мощность) = V2 (напряжение) ÷ R (сопротивление)

или

P (рассеиваемая мощность) = 92 ÷ 100

или

P (рассеиваемая мощность) = 81 ÷ 100 или P (мощность рассеиваемая мощность) = 810 мВт

Рассеиваемая мощность: хорошо или плохо?

Вообще говоря, нет; тем не менее, есть некоторые случаи, когда рассеивание тепла является хорошей вещью. Возьмем, к примеру, электрические нагреватели, в которых используется резистивная проволока, такая как нихром. Нихром является уникальным нагревательным элементом благодаря своей экономичности, устойчивости к потоку электронов, прочности, гибкости, стойкости к окислению, стабильности при высоких температурах.

Кроме того, еще одним примером благоприятного рассеяния тепла являются лампы накаливания, которые используются в качестве экономичных обогревателей. В целом, при нормальных условиях рассеивание тепла нежелательно, но в тех редких случаях, когда оно имеет место, оно будет заключаться в усилиях по контролю рассеивания тепла, а не в его сдерживании.

Вот некоторые важные моменты, на которые следует обратить внимание при рассмотрении рассеиваемой мощности.

  1. Убедитесь, что номинальная мощность резистора соответствует требованиям вашей схемы.

  2. Обязательно перепроверьте, зависит ли рейтинг вашей микросхемы от использования радиаторов.

  3. Если вы проектируете печатные платы, убедитесь, что ваши дорожки достаточно велики, чтобы поддерживать низкое сопротивление и избегать чрезмерного нагрева.

  4. При проектировании схемы переключения убедитесь, что время переключения максимально короткое.

Чтобы сократить время переключения, сделайте скорость нарастания как можно более крутой, уменьшив емкость на линии. Кроме того, в области электроники скорость нарастания определяется как изменение тока, напряжения или других электрических величин в единицу времени.

Резисторы — это многогранные компоненты, доступные для ваших цепей.

Как дизайнеры, вы постоянно сталкиваетесь с постоянно возникающими проблемами при проектировании электронных схем. Одним из наиболее важных аспектов проектирования является поиск правильных компонентов, отвечающих потребностям вашей схемы. Кроме того, обнаружение этих компонентов также означает, что они должны безопасно функционировать в пределах заданных параметров напряжения, мощности и тока. Поэтому расчет таких параметров, как рассеиваемая мощность, имеет решающее значение для общей схемы.

Стратегии рассеивания мощности и использование резисторов в ваших цепях более чем эффективны с набором инструментов Cadence для проектирования и анализа. Решая любую задачу компоновки в Allegro PCB Designer, вы получаете быстрые, чистые и готовые к производству проекты.

Если вы хотите узнать больше о том, какое решение у Cadence есть для вас, обратитесь к нам и нашей команде экспертов. Вы также можете посетить наш канал YouTube и посмотреть видеоролики о моделировании и системном анализе, а также узнать, что нового в нашем наборе инструментов для проектирования и анализа.

Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.

Подпишитесь на LinkedIn Посетить сайт Больше контента от Cadence PCB Solutions