Основы электроники. Ток, напряжение, сопротивление.

На нашем сайте вышел обновленный курс по электронике! Мы рады предложить Вам новые статьи по этой теме:

Эта статья положит начало циклу статей, посвященных изучению основ электроники! Мы будем последовательно двигаться от самых азов до всяческих тонкостей при разводке плат и составлении принципиальных электрических схем. И начнем мы с рассмотрения основополагающих понятий электроники – тока, напряжения и сопротивления.

Напряжение.

По определению напряжение – это энергия или работа, которая тратится на перемещение единичного положительного заряда из точки с низким потенциалом в точку с более высоким потенциалом. Напряжение представляет собой разность потенциалов между двумя точками. Сразу же остановимся и рассмотрим подробнее понятие – электрический потенциал.

Для определения электрического потенциала необходимо выбрать точку нулевого потенциала, относительно которой будет вестись отсчет. Обычно за ноль потенциала принимают минус питания – это так называемая «земля». Рассмотрим простейшую цепочку, состоящую из источника напряжения и нагрузки – то есть резистора. Пусть напряжение источника равно 10 В, а сопротивление – 5 Ом.

Земля будет точкой отсчета, потенциал в этой точке равен 0. Тогда электрический потенциал в точке 1 будет равен напряжению источника питания, то есть 10 В. Соответственно, в точке 2 потенциал снова уменьшится до нуля, а напряжение на нагрузке будет равно 10 В (разность потенциалов между точками 1 и 2). Вроде бы все несложно и понятно, но это довольно важный момент, надо сразу уяснить для себя понятия напряжения и разности потенциалов, разницу и взаимосвязь между ними.

Ток.

Ток – скорость перемещения заряда в определенной точке, измеряются эта величина в Амперах. Тут тоже есть момент, который важно понять раз и навсегда. Если напряжение мы меряем

между(!) двумя точками, то ток всегда проходит через(!) какую-либо точку схемы, либо через какой-либо элемент схемы. И если говорить о напряжении в какой-то точке схемы, то подразумевается напряжение между этой точкой и землей (потенциал в нашей точке минус потенциал земли, равный нулю).

Существует один важный закон для токов, называется он первым законом Кирхгофа и заключается он в том, что «сумма втекающих в точку токов равна сумме вытекающих из этой же точки токов». Для полного понимания смотрим на схему:

Тут у нас втекающие токи – I_1, I_2, I_3, а вытекающие – I_4, I_5. И по первому закону Кирхгофа мы имеем: I_1 + I_2 + I_3 = I_4 + I_5.

Сопротивление.

Сопротивление помогает связать напряжение и ток в цепи. Есть такая потрясающая штука – закон Ома, который говорит нам, что «сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению рассматриваемого участка цепи». Поясним на простеньком примере:

Итак, по закону Ома имеем: I = \frac{U}{R}.

Таким образом, можно сказать, что резистор позволяет нам преобразовать ток в напряжение, ну и, соответственно, напряжение в ток.

Рассмотрим возможные соединения резисторов, а именно, последовательное и параллельное. Пусть имеются три резистора, соединенных последовательно:

Общее сопротивление равно сумме каждого из сопротивлений в отдельности, то есть: R_0 = R_1 + R_2 + R_3.

Рассмотрим параллельное соединение:

Для параллельного соединения резисторов формула выглядит иначе: \frac{1}{R_0} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3}.

Очевидно, что при последовательном соединении резисторов общее сопротивление всегда получается большим, чем сопротивление отдельно взятого резистора, а при параллельном соединении резисторов, наоборот, общее сопротивление получается меньшим, чем сопротивление отдельных резисторов. Это важно запомнить и иметь ввиду при разработке электрических схем.

И еще важный момент – не нужно зацикливаться на точном определении значений сопротивления резисторов. Напротив, очень важно выработать способность быстро прикидывать в голове, какой резистор нужно поместить в схему в каждом конкретном случае.

Думаю тут еще надо рассмотреть такую вещь как делитель напряжения, раз уж речь идет о резисторах и сопротивлениях. Выглядит схема делителя так:

Делители напряжения, кстати, очень широко используются в схемах, можете взять какую-нибудь и обязательно там найдете с десяток делителей. Но что-то я забежал вперед, сначала рассмотрим, что же это такое. Простейший делитель напряжения – это схема, которая на выходе создает напряжение, равное части напряжения, которое имеется на входе.

Ток в цепи: I = \frac{U_{вх} }{R_1 + R_2} .

Тогда что же будет на выходе? Правильно: U_{вых} = IR_2 = \frac{U_{вх}R_2}{R_1 + R_2}.

Вот и получили, что на выходе напряжение равно части входного напряжения. Так работает делитель напряжения.

Итак, мы и рассмотрели понятия тока, напряжения и сопротивления. Наверное, на этом стоит остановиться, а то получится очень громоздко 🙂 Продолжим в следующих статьях, так что оставайтесь на связи!

Ток, напряжение, сопротивление

электрика, сигнализация, видеонаблюдение, контроль доступа (СКУД) и другие инженерно технические системы (ИТС)

Электрический ток ( I ) — это упорядоченное движение заряженных частиц. Первая мысль, которая приходит в голову из школьного курса физики — движение электронов. Безусловно.

Однако электрический заряд могут переносить не только они, а, например, еще ионы, определяющие возникновение электрического тока в жидкостях и газах.

Хочу предостеречь также от сравнения тока с протеканием воды по шлангу. (Хотя при рассмотрении Закона Кирхгофа такая аналогия будет уместна). Если каждая конкретная частица воды проделывает путь от начала до конца, то носитель электрического тока так не поступает.

Если уж нужна наглядность, то я бы привел пример переполненного автобуса, когда на остановке некто, втискиваясь в заднюю дверь, становится причиной выпадения из передней менее удачливого пассажира.

Условиями возникновения и существования электрического тока являются:

• Наличие свободных носителей заряда
• Наличие электрического поля, создающего и поддерживающего ток.

Будем считать, что теперь про электрический ток Вы знаете все. Это, конечно, шутка. Тем более что еще ничего не сказано про электрическое поле, которое у многих ассоциируется с напряжением, что не верно.

Электрическое поле — это вид материи, существующей вокруг электрически заряженных тел и оказывающее на них силовое воздействие. Опять же, обращаясь к знакомому со школы «одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются» можно представить электрическое поле как нечто это воздействие передающее.

Это поле, равно как любое другое непосредственно ощутить нельзя, но существует его количественная характеристика — напряженность электрического поля.

Существует множество формул, описывающих взаимосвязь электрического поля с другими электрическими величинами и параметрами. Я ограничусь одной, сведенной к примитиву: E=Δφ.

Здесь:

• E — напряженность электрического поля. Вообще это величина векторная, но я упростил все до скаляра.
• Δφ=φ1-φ2 — разность потенциалов (рисунок 1).

Поскольку условием существования тока является наличие электрического поля, то его (поле) надо каким либо образом создать. Хорошо знакомые опыты электризации расчески, натирания тканью эбонитовой палочки, верчения ручки электростатической машины по вполне очевидным причинам на практике неприемлимы.

Поэтому были изобретены устройства, способные обеспечивать разность потенциалов за счет сил неэлектростатического происхождения (одно из них — хорошо всем известная батарейка), получившие название источник электродвижущей силы (ЭДС), которая обозначается так: ε.

Физический смысл ЭДС определяется работой, которую совершают сторонние силы, перемещая единичный заряд, но для того, чтобы получить первоначальное понятие что такое электрический ток, напряжение и сопротивление нам не нужно подробное рассмотрение этих процессов в интегральной и иных не менее сложных формах.

Напряжение ( U ).

Наотрез отказываюсь продолжать заморачивать Вам голову сугубо теоретическими выкладками и даю определение напряжения как разности потенциалов на участке цепи: U=Δφ=φ1-φ2, а для замкнутой цепи будем считать напряжение равным ЭДС источника тока: U=ε.

Это не совсем корректно, но на практике вполне достаточно.

Сопротивление ( R ) — название говорит само за себя — физическая величина, характеризующая противодействие проводника электрическому току. Формула, определяющая зависимость напряжения, тока и сопротивления называется закон Ома

. Этот закон рассматривется на отдельной странице этого раздела.

Кроме того, сопротивление зависит от ряда факторов, например, материала проводника. Данные эти справочные, приводятся в виде значения удельного сопротивления ρ, определяемого как сопротивление 1 метра проводника/сечение. Чем меньше удельное сопротивление, тем меньше потери тока в проводнике.

Соответственно сопротивление проводника длиной L и площадью сечения S, будет составлять R=ρ*L/S.

Непосредственно из приведенной формулы видно, что сопротивление проводника также зависит от его длины и сечения. Температура тоже оказывает влияние на сопротивление.

Несколько слов про единицы измерения тока, напряжения, сопротивления. Основные единицы измерения этих величин следующие:

Ток — Ампер (А)
Напряжение — Вольт (В)
Сопротивление — Ом (Ом).

Это единицы измерения интернациональной системы (СИ) не всегда удобны. На практике применяются из производные (милиампер, килоом и пр.). При расчетах следует учитывать размерность всех величин, содержащихся в формуле. Так, если Вы, в законе Ома умножите ампер на килоом, то напряжение получите совсем не вольтах.

© 2012-2021 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

как связаны между собой напряжение, ток и сопротивление

Добавлено 30 сентября 2020 в 00:30

Сохранить или поделиться

Первая и, возможно, самая важная взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением называется законом Ома, который был открыт Георгом Симоном Омом и опубликован в его статье 1827 года «Гальваническая цепь, исследованная математически».

Напряжение, ток и сопротивление

Электрическая цепь образуется, когда создается проводящий путь, позволяющий электрическому заряду непрерывно перемещаться. Это непрерывное движение электрического заряда по проводникам цепи называется током, и о нем часто говорят как о «потоке», как о потоке жидкости через полую трубу.

Сила, побуждающая носители заряда «течь» по цепи, называется напряжением. Напряжение – это особая мера потенциальной энергии, которая всегда относительна между двумя точками. Когда мы говорим об определенной величине напряжения, присутствующего в цепи, мы имеем в виду измерение потенциальной энергии для перемещения носителей заряда из одной конкретной точки этой цепи в другую конкретную точку. Без упоминания двух конкретных точек термин «напряжение» не имеет значения.

Ток, как правило, проходит через проводники с некоторой степенью трения или противодействия движению. Это противодействие движению правильнее называть сопротивлением. Величина тока в цепи зависит от величины напряжения и величины сопротивления в цепи, препятствующего прохождению тока. Как и напряжение, сопротивление – это величина, измеряемая между двумя точками. По этой причине величины напряжения и сопротивления часто указываются как «между» двумя точками в цепи.

Единицы измерения: вольт, ампер и ом

Чтобы иметь возможность делать осмысленные утверждения об этих величинах в цепях, нам нужно уметь описывать их количества так же, как мы могли бы количественно определить массу, температуру, объем, длину или любые другие физические величины. Для массы мы можем использовать единицы «килограмм» или «грамм». Для температуры мы можем использовать градусы Фаренгейта или градусы Цельсия. В таблице ниже приведены стандартные единицы измерения электрического тока, напряжения и сопротивления:

Единицы измерения тока, напряжения, сопротивления

Величина	Символ	Единица измерения	Сокращение единицы измерения
Ток	I	Ампер	А
Напряжение	V	Вольт	В
Сопротивление	R	Ом	Ом

«Символ», присвоенный каждой величине, представляет собой стандартную букву латинского алфавита, используемую для представления этой величины в формулах. Подобные стандартизированные буквы распространены во всех физических и технических дисциплинах и признаны во всем мире. «Сокращение единицы измерения» для каждой величины представляет собой алфавитный символ(ы), используемый в качестве сокращенного обозначения конкретной единицы измерения.

Каждая единица измерения названа в честь известного экспериментатора в области электричества: ампер в честь француза Андре М. Ампера, вольт в честь итальянца Алессандро Вольта, а ом в честь немца Георга Симона Ома.

Математический символ для каждой величины также имеет значение. «R» для сопротивления и «V» для напряжения говорят сами за себя («Resistance» и «Voltage», соответственно), тогда как «I» для тока кажется немного странным. Предполагается, что буква «I» должна представлять «интенсивность» («Intensity»)(потока заряда). Судя по исследованиям, которые мне удалось провести, кажется, что есть некоторые разногласия по поводу значения слова «I». Другой символ напряжения, «E», означает «электродвижущую силу» («Electromotive force»). Символы «E» и «V» по большей части взаимозаменяемы, хотя в некоторых текстах «E» зарезервировано для обозначения напряжения на источнике (таком как батарея или генератор), а «V»– для обозначения напряжения на любом другом элементе.

Все эти символы выражаются заглавными буквами, за исключением случаев, когда величина (особенно напряжение или ток) описывается в терминах короткого периода времени (так называемые «мгновенные» значения). Например, напряжение батареи, которое стабильно в течение длительного периода времени, будет обозначаться заглавной буквой «E», тогда как пиковое напряжения при ударе молнии в тот самый момент, когда она попадает в линию электропередачи, скорее всего, будет обозначаться строчной буквой «е» (или строчной буквой «v»), чтобы отметить это значение как имеющееся в один момент времени. Это же соглашение о нижнем регистре справедливо и для тока: строчная буква «i» представляет ток в некоторый момент времени. Однако большинство измерений в цепях постоянного тока, которые стабильны во времени, будут обозначаться заглавными буквами.

Кулон и электрический заряд

Одна из основных единиц электрических измерений, которую часто преподают в начале курсов электроники, но нечасто используют впоследствии, – это кулон – единица измерения электрического заряда, пропорциональная количеству электронов в несбалансированном состоянии. Один кулон заряда соответствует 6 250 000 000 000 000 000 электронов. Символом количества электрического заряда является заглавная буква «Q», а единица измерения кулонов обозначается «Кл». Единица измерения тока, ампер, равна 1 кулону заряда, проходящему через заданную точку в цепи за 1 секунду. В этом смысле, ток – это скорость движения электрического заряда через проводник.

Как указывалось ранее, напряжение – это мера потенциальной энергии на единицу заряда, доступная для стимулирования протекания тока из одной точки в другую. Прежде чем мы сможем точно определить, что такое «вольт», мы должны понять, как измерить эту величину, которую мы называем «потенциальной энергией». Общей метрической единицей измерения энергии любого вида является джоуль, равный количеству работы, совершаемой силой в 1 ньютон при движении на 1 метр (в том же направлении). В этих научных терминах 1 вольт равен 1 джоулю электрической потенциальной энергии на (деленному на) 1 кулон заряда. Таким образом, 9-вольтовая батарея выделяет 9 джоулей энергии на каждый кулон заряда, проходящего через цепь.

Эти единицы и символы электрических величин станут очень важны, когда мы начнем исследовать отношения между ними в цепях.

Формула закона Ома

Основное открытие Ома заключалось в том, что величина электрического тока, протекающего через металлический проводник в цепи, при любой заданной температуре прямо пропорциональна напряжению, приложенному к нему. Ом выразил свое открытие в виде простого уравнения, описывающего взаимосвязь напряжения, тока и сопротивления:

\[E=IR\]

В этом алгебраическом выражении напряжение (E) равно току (I), умноженному на сопротивление (R). Используя алгебру, мы можем преобразовать это уравнение в других два варианта, решая его для I и R соответственно:

\[I = \frac{E}{R}\]

\[R = \frac{E}{I}\]

Анализ простых схем с помощью закона Ома

Давайте посмотрим, как эти формулы работают, чтобы помочь нам анализировать простые схемы:

Рисунок 1 – Пример простой схемы

В приведенной выше схеме есть только один источник напряжения (батарея слева) и только один источник сопротивления току (лампа справа). Это позволяет очень легко применить закон Ома. Если мы знаем значения любых двух из трех величин (напряжения, тока и сопротивления) в этой цепи, мы можем использовать закон Ома для определения третьей.

В этом первом примере мы вычислим величину тока (I) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и сопротивления (R):

Рисунок 2 – Пример 1. Известны напряжение источника и сопротивление лампы

Какая величина тока (I) в этой цепи?

\[I = \frac{E}{R} = \frac{12 \ В}{3 \ Ом} = 4 \ А\]

Во втором примере мы вычислим величину сопротивления (R) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и тока (I):

Рисунок 3 – Пример 2. Известны напряжение источника и ток в цепи

Какое сопротивление (R) оказывает лампа?

\[R = \frac{E}{I} = \frac{36 \ В}{4 \ А} = 9 \ Ом\]

В последнем примере мы рассчитаем величину напряжения, подаваемого батареей, с учетом значений тока (I) и сопротивления (R):

Рисунок 4 – Пример 3. Известны ток в цепи и сопротивление лампы

Какое напряжение обеспечивает батарея?

\[E = IR = (2 \ А)(7 \ Ом) = 14 \ В\]

Метода треугольника закона Ома

Закон Ома – очень простой и полезный инструмент для анализа электрических цепей. Он так часто используется при изучении электричества и электроники, что студент должен запомнить его. Если вы не очень хорошо умеете работать с формулами, то для его запоминания существует простой прием, помогающий использовать его для любой величины, зная две других. Сначала расположите буквы E, I и R в виде треугольника следующим образом:

Рисунок 5 – Треугольник закона Ома

Если вы знаете E и I и хотите определить R, просто удалите R с картинки и посмотрите, что осталось:

Рисунок 6 – Закон Ома для определения R

Если вы знаете E и R и хотите определить I, удалите I и посмотрите, что осталось:

Рисунок 7 – Закон Ома для определения I

Наконец, если вы знаете I и R и хотите определить E, удалите E и посмотрите, что осталось:

Рисунок 8 – Закон Ома для определения E

В конце концов, вам придется научиться работать с формулами, чтобы серьезно изучать электричество и электронику, но этот совет может облегчить запоминание ваших первых вычислений. Если вам удобно работать с формулами, всё, что вам нужно сделать, это зафиксировать в памяти E = IR и вывести из нее две другие формулы, когда они вам понадобятся!

Резюме

• Напряжение измеряется в вольтах, обозначается буквами «E» или «V».
• Сила тока измеряется в амперах, обозначается буквой «I».
• Сопротивление измеряется в омах, обозначается буквой «R».
• Закон Ома: E = IR; I = E/R; R = E/I

Оригинал статьи:

Теги

Закон ОмаЗарядКулонОбучениеСила токаСопротивлениеСхемотехникаЭлектрический токЭлектрическое напряжение

Сохранить или поделиться

Закон Ома

Закон Ома — Один из самых применяемых законов в электротехнике. Данный закон раскрывает связь между тремя важнейшими величинами: силой тока, напряжением и сопротивлением. Выявил эту связь Георгом Омом в 1820-е годы именно поэтому этот закон и получил такое название.

Формулировка закона Ома следующая:
Величина силы тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Эту зависимость можно выразить формулой:

I=U/R

Где I – сила тока, U — напряжение, приложенное к участку цепи, а R — электрическое сопротивление участка цепи.
Так, если известны две из этих величин можно легко вычислить третью.
Понять закон Ома можно на простом примере. Допустим, нам необходимо вычислить сопротивление нити накаливания лампочки фонарике и нам известны величины напряжения работы лампочки и сила тока, необходимая для ее работы (сама лампочка, чтобы вы знали имеет переменное сопротивление, но для примера примем его как постоянное). Для вычисления сопротивления необходимо величину напряжения разделить на величину силы тока. Как же запомнить формулу закона Ома, чтобы правильно провести вычисления? А сделать это очень просто! Вам нужно всего лишь сделать себе напоминалку как на указанном ниже рисунке.
Теперь закрыв рукой любую из величин вы сразу поймете, как ее найти. Если закрыть букву I, становится ясно, что чтобы найти силу тока нужно напряжение разделить на сопротивление.
Теперь давайте разберемся, что значат в формулировке закона слова « прямо пропорциональна и обратно пропорциональна. Выражение «величина силы тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку» означает, что если на участке цепи увеличится напряжение, то и сила тока на данном участке также увеличится. Простыми словами, чем больше напряжение, тем больше ток. И выражение «обратно пропорциональна его сопротивлению» значит, что чем больше сопротивление, тем меньше будет сила тока.
Рассмотрим пример с работой лампочки в фонарике. Допустим, что для работы фонарика нужны три батарейки, как показано на схеме ниже, где GB1 — GB3 — батарейки, S1 — выключатель, HL1 — лампочка.

Примем, что сопротивление лампочки условно постоянно, хотя нагреваясь её сопротивление увеличивается. Яркость лампочки будет зависеть от силы тока, чем она больше, тем ярче горит лампочка. А теперь, представьте, что вместо одной батарейки мы вставили перемычку, уменьшив тем самым напряжение.
Что случится с лампочкой?
Она будет светить более тускло (сила тока уменьшилась), что подтверждает закон Ома:
чем меньше напряжение, тем меньше сила тока.

Вот так просто работает этот физический закон, с которым мы сталкиваемся в повседневной жизни.
Бонус специально для вас шуточная картинка не менее красочно объясняющая закон Ома.

Это была обзорная статья. Более подробно об этом законе, мы говорим в следующей статье «Закон Ома для участка цепи», рассматривая всё на других более сложных примерах.

Если не получается с физикой, английский для детей (http://www.anylang.ru/order-category/?slug=live_language) как вариент альтернативного развития.

---

Если материал был полезен, вы можете отправить донат или поделиться данным материалом в социальных сетях:

---

Урок 3. Три друга, один треугольник и много законов

Незнание закона не освобождает от ответственности.
Афоризм

Интересно, о каких законах пойдет речь в уроке под номером три. Неужели в электротехнике этих законов целая гора или даже куча и их все нужно запомнить? Сейчас узнаем. Здравствуйте, уважаемые! Наверное, многие из вас уже с досадой в глазах глядят на очередной урок и думают про себя: «Какая же скукотища!», а, может, даже собираются покинуть наши стройные ряды? Не спешите, всё только начинается! Начальный этап всегда скучный… С этого урока и пойдёт всё самое-самое интересное. Сегодня я расскажу, кто в электротехнике кому друг, а кому и враг, что будет, если студента-электронщика разбудить посреди ночи, и как с помощью одного пальца понять половину всей электротехники. Интересно? Тогда поехали!

С первым нашим другом мы познакомились на прошлом уроке – это сила тока. Она характеризует электричество с точки зрения скорости переноса заряда из одной точки пространства в другую под действием поля. Но, как было замечено, сила тока зависит и от свойств проводника, по которому этот ток «бежит». На силу тока прямо влияет величина удельной электропроводности материала. Теперь представим себе некий проводник (подойдёт такой, как на рисунке 3) с движущимися в нём электронами. Основным недостатком электрона я бы назвал отсутствие у него руля. Из-за этого недостатка движение электронов определяется только воздействующим на них полем и структуры материала, в котором они движутся.

Поскольку электроны «не умеют» поворачивать, некоторые из них могут столкнуться с колеблющимися под действием температуры узлами кристаллической решётки, потерять свою скорость от столкновения, и тем самым снизить скорость переноса заряда, то есть понизить силу тока. Некоторые электроны могут потерять так много энергии, что «прилипнут» к иону и превратят его в нейтральный атом. Теперь, если мы увеличим длину проводника, очевидно, что количество подобных столкновений так же увеличится, и электроны будут отдавать еще больше энергии, то есть сила тока будет снижаться. А вот при увеличении площади поперечного сечения проводника возрастает только количество свободных электронов, а количество столкновений на единицу площади практически не меняется, поэтому с ростом площади растёт и ток. Итак, мы выяснили, что электропроводность (она уже стала не удельной, так как учитывает геометрические размеры конкретного проводника) зависит сразу от трёх характеристик проводника: длины, площади сечения и материала.

Однако, чем лучше материал проводит электрический ток, тем меньше он «сопротивляется» его прохождению. Эти утверждения равнозначны. Пришло время познакомиться с нашим вторым другом – электрическим сопротивлением. Это величина, обратная величине проводимости и зависит от тех же характеристик проводника.

Рисунок 3.1 – От чего зависит сопротивление проводника

Чтобы учесть при численном расчете влияние рода вещества на его электрическое сопротивление, введена величина удельное электрическое сопротивление, характеризующая способность вещества проводить электрический ток. Заметим, что определения электропроводности и электросопротивления идентичны, так же как и утверждения выше. Удельное сопротивление определяется как сопротивление проводника длиной 1м и площадью сечения 1м². Обозначается латинской буквой &#961 («ро») и имеет размерность Ом•м. Ом – единица измерения сопротивления, которая является обратной величине сименс. Так же для определения удельного сопротивления может использоваться размерность Ом•мм²/м, которая в миллион раз меньше основной размерности.
Таким образом, электрическое сопротивление проводника может быть описано через его геометрические и физические свойства следующим образом:

где &#961 – удельное электрическое сопротивление материала проводника;
l – длина проводника;
S – площадь поперечного сечения проводника.

Из зависимости видно, что сопротивление проводника возрастает при увеличении длины проводника и уменьшается при увеличении площади сечения, а так же напрямую зависит от величины удельного сопротивления материала.

А теперь вспомним, что на величину силы тока в проводнике оказывает влияние напряженность электрического поля, под действием которого возникает электрический ток. Ох, сколько миллионов тысяч раз уже упоминалось, что электрический ток возникает под действием электрического поля! Этот факт должен всегда держаться в голове. Есть, конечно, и другие способы создать ток, но пока мы будем рассматривать только этот. Как уже говорилось выше, увеличение напряженности поля приводит к росту тока, а совсем недавно мы выяснили, что чем больше энергии сохранит электрон при движении по проводнику, тем выше значение электрического тока. Из курса механики известно, что энергия тела определяется его кинетической и потенциальной энергией. Так вот, помещённый в электрическое поле точечный заряд обладает в начальный момент времени только потенциальной энергией (поскольку его скорость равна нулю). Для характеристики этой потенциальной энергии поля, которой обладает заряд была введена величина электростатического потенциала, равная отношению потенциальной энергии к величине точечного заряда:

где W_p – потенциальная энергия,
q – величина точечного заряда.

После того, как заряд попадёт под действие электрического поля, он начнёт движение с определённой скоростью и часть его потенциальной энергии перейдёт в кинетическую. Таким образом, в двух точках поля заряд будет обладать различным значением потенциальной энергии, то есть две точки поля можно охарактеризовать различными значениями потенциала. Разность потенциалов определяется как отношение изменения потенциальной энергии (совершённой работы поля) к величине точечного заряда:

Причём работа поля не зависит от пути движения заряда и характеризует только величину изменения потенциальной энергии. Разность потенциалов так же называют электрическим напряжением. Напряжение принято обозначать английской буквой U («у»), единицей измерения напряжения является величина вольт (В), названная в честь итальянского физика и физиолога Алессандро Вольта, который изобрёл первую электрическую батарею.

Ну вот мы и познакомились с тремя неразлучными друзьями в электротехнике: ампер, вольт и ом или ток, напряжение и сопротивление. Любой компонент электрической цепи может быть однозначно охарактеризован при помощи этих трёх электрических характеристик. Первым, кто познакомился и подружился со всеми тремя сразу был Георг Ом, который обнаружил, что напряжение, ток и сопротивление связаны друг с другом определённым соотношением:

которое было впоследствии названо законом Ома.

Сила электрического тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Данную формулировку необходимо знать от заглавной буквы С до точки в конце. Ходят слухи, что первая фраза любого студент-электронщик, разбуженного среди ночи, будет именно формулировкой закона Ома. Это один из основных законов электротехники. Данная формулировка носит название интегральной. Кроме неё существует так же дифференциальная формулировка, отражающая зависимость плотности тока от характеристик поля и материала проводника:

где &#963 – удельная проводимость проводника,
E – напряженность электрического поля.

Данная формулировка вытекает из формулы, приведённой во втором уроке, и отличается от интегральной тем, что не учитывает геометрические характеристики проводника, принимая во внимание только его физические характеристики. Эта формулировка интересна только с точки зрения теории и на практике не применяется.
Для быстрого запоминания и использования закона Ома можно применить диаграмму, изображённую на рисунке ниже.

Рисунок 3.2 – «Треугольный» закон Ома

Правило использования диаграммы простое: достаточно закрыть искомую величину и два других символа дадут формулу для её вычисления. Например.

Рисунок 3.3 – Как запомнить закон Ома

С треугольником мы закончили. Стоит добавить, что законом Ома называется только одна из представленных выше формул – та, которая отражает зависимость тока от напряжения и сопротивления. Две другие формулы, хотя и являются её следствием, физического смысла не имеют. Так что не перепутайте!
Хорошей интерпретацией закона Ома является рисунок, который наиболее наглядно отражает сущность этого закона:

Рисунок 3.4 – Закон Ома наглядно

Как мы видим, на этом рисунке изображены как раз три наших новых друга: Ом, Ампер и Вольт. Вольт пытается протолкнуть Ампер через сечение проводника(сила тока прямо пропорциональна напряжению), а Ом наоборот – мешает этому (и обратно пропорциональна сопротивлению). И чем сильнее Ом «стягивает» проводник, тем тяжелее Амперу будет пролезть. Но если Вольт посильнее пнёт…

Осталось разобраться, почему в названии урока фигурирует термин «много законов», ведь закон-то у нас один – закон Ома. Ну, во-первых, для него существует две формулировки, во-вторых, мы узнали только так называемый закон Ома для участка цепи, а ведь есть ещё закон Ома для полной цепи, который мы рассмотрим на следующем уроке, в-третьих, мы имеем, по крайней мере, два следствия из закона Ома, позволяющих находить значение сопротивления участка цепи и напряжение на этом участке. Так что закон всего один, а использовать его можно по-разному.

Напоследок расскажу ещё один интересный факт. Через 10 лет после появления «закона Ома» один французский физик (а во Франции работы Ома ещё не были известны) на основе экспериментов пришел к таким же выводам. Но ему было указано, что установленный им закон еще в 1827г. был открыт Омом. Оказывается, что французские школьники и поныне изучают закон Ома под другим именем – для них это закон Пулье. Вот так вот. На этом очередной урок закончен. До новых встреч!

• Любой участок или элемент электрической цепи можно однозначно охарактеризовать при помощи трёх характеристик: тока, напряжения и сопротивления.
• Сопротивление (R) – характеристика проводника, отражающая степень его электропроводности и зависящая от геометрических размеров проводника и рода материала, из которого он изготовлен.
• Напряжение (U) – то же самое, что и разность потенциалов; величина равная отношению работы электрического поля для перемещения точечного заряда из одной точки пространства в другую.
• Ток, напряжение и сопротивление связаны между собой отношением I=U/R, называемым законом Ома (сила электрического тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника и обратно пропорциональна сопротивлению проводника).

А также задачки:

• Если длину проволоки вытягиванием увеличить вдвое, то как изменится её сопротивление?
• Какой проводник представляет большее сопротивление: медный сплошной стержень или медная трубка, имеющая внешний диаметр, равный диаметру стержня?
• Разность потенциалов на концах алюминиевого проводника равна 10В. Определить плотность тока, протекающего через проводник, если его длина 3м.

← Урок 2: Как пересчитать электроны | Содержание | Урок 4: Когда есть ток? →

Закон Ома | Физика

В предыдущих параграфах были рассмотрены три величины, характеризующие протекание электрического тока в цепи,— сила тока I, напряжение U и сопротивление R. Между этими величинами существует определенная связь. Закон, выражающий эту связь, был установлен в 1827 г. немецким ученым Г. Омом и поэтому носит его имя.

Выделим в произвольной электрической цепи участок, обладающий сопротивлением R и находящийся под напряжением U (рис. 37). Согласно закону Ома:
Сила тока на участке цепи равна отношению напряжения на этом участке к его сопротивлению.

Математически закон Ома записывается в виде следующей формулы:

I = U/R      (14.1)

Закон Ома позволяет установить, что будет происходить с силой тока на участке цепи при изменении его сопротивления или напряжения.

1. При неизменном сопротивлении сила тока прямо пропорциональна напряжению: чем больше напряжение U на концах участка цепи, тем больше сила тока I на этом участке. Увеличив (или уменьшив) напряжение в несколько раз, мы во столько же раз увеличим (или уменьшим) силу тока.

Проиллюстрируем эту закономерность на опыте. Соберем электрическую цепь из источника тока, лампы, амперметра и ключа (рис. 38, а). В качестве источника тока будем использовать устройство, позволяющее регулировать выходное напряжение от 4 до 12 В. Измеряя силу тока в цепи при разных напряжениях, можно убедиться в том, что она действительно пропорциональна напряжению.

2. При неизменном напряжении сила тока обратно пропорциональна сопротивлению: чем больше сопротивление R участка цепи, тем меньше сила тока I в нем.

Для проверки этой закономерности заменим в используемой цепи лампу на магазин сопротивлений (рис. 38, б). Измеряя силу тока при разных сопротивлениях, мы увидим, что сила тока I и сопротивление R действительно находятся в обратно пропорциональной зависимости.

При уменьшении сопротивления сила тока возрастает. Если сила тока превысит допустимое для данной цепи значение, включенные в нее приборы могут выйти из строя; провода при этом могут раскалиться и стать причиной пожара. Именно такая ситуация возникает при коротком замыкании. Так называют соединение двух точек электрической цепи, находящихся под некоторым напряжением, коротким проводником, обладающим очень малым сопротивлением.

Короткое замыкание может возникнуть при соприкосновении оголенных проводов, при небрежном ремонте проводки под током, при большом скоплении пыли на монтажных платах и даже при случайном попадании какого-нибудь насекомого внутрь прибора.

На законе Ома основан экспериментальный способ определения сопротивления. Из формулы (14.1) следует, что

R = U/I      (14.2)

Поэтому для нахождения сопротивления R участка цепи надо измерить на нем напряжение U, затем силу тока I, после чего разделить первую из этих величин на вторую. Соответствующая этому схема цепи изображена на рисунке 39.

Если, наоборот, известны сопротивление R и сила тока I на участке цепи, то закон Ома позволяет рассчитать напряжение U на его концах. Из формулы (14.1) получаем

U = IR     (14.3)

Чтобы найти напряжение U на концах участка цепи, надо силу тока I на этом участке умножить на его сопротивление R.

Опубликовав книгу, в которой излагался открытый им закон «Теоретические исследования электрических цепей», Георг Ом написал, что «рекомендует ее добрым людям с теплым чувством отца, не ослепленного обезьяньей любовью к детям, но довольствующегося указанием на открытый взгляд, с которым его дитя смотрит на злой мир». Мир действительно оказался для него злым, и уже через год после выхода его книги в одном из журналов появилась статья, в которой работы Ома были подвергнуты уничтожающей критике. «Тот, кто благоговейными глазами взирает на вселенную,— говорилось в статье,— должен отвернуться от этой книги, являющейся плодом неисправимых заблуждений, преследующих единственную цель — умалить величие природы».

Злобные и безосновательные нападки на Ома не прошли бесследно. Теорию Ома не приняли. И вместо продолжения научных исследований он должен был тратить время и энергию на полемику со своими оппонентами. В одном из своих писем Ом написал: «Рождение «Электрических цепей» принесло мне невыразимые страдания, и я готов проклясть час их зарождения».

Но это были временные трудности. Постепенно, сначала в России, а затем и в других странах, теория Ома получила полное признание. Закон Ома внес такую ясность в правила расчета токов и напряжений в электрических цепях, что американский ученый Дж. Генри, узнав об открытиях Ома, не удержался от восклицания: «Когда я первый раз прочел теорию Ома, то она мне показалась молнией, вдруг осветившей комнату, погруженную во мрак».

??? 1. Сформулируйте закон Ома. 2. Как изменится сила тока на участке цепи, если при неизменном сопротивлении увеличить напряжение на его концах? 3. Как изменится сила тока, если при неизменном напряжении увеличить сопротивление участка цепи? 4. Как с помощью вольтметра и амперметра можно измерить сопротивление проводника? 5. По какой формуле находится напряжение, если известны сила тока и сопротивление данного участка? 6. Что называют коротким замыканием? Почему при этом увеличивается сила тока? 7. Объясните причину короткого замыкания в ситуациях, изображенных на рисунке 40.

Постоянный электрический ток. Сила тока. Напряжение. Электрическое сопротивление. Закон Ома для участка электрической цепи

1. Электрическим током называют упорядоченное движение заряженных частиц.

Для того чтобы в проводнике существовал электрический ток, необходимы два условия: наличие свободных заряженных частиц и электрического поля, которое создаёт их направленное движение.

При существовании тока в разных средах: в металлах, жидкостях, газах — электрический заряд переносится разными частицами. В металлах этими частицами являются электроны, в жидкостях заряд переносится ионами, в газах — электронами, положительными и отрицательными ионами.

Дистиллированная вода не проводит электрический ток, поскольку она не содержит свободных зарядов. Если в воду добавить поваренную соль или медный купорос, то в ней появятся свободные заряды, и она станет проводником электрического тока. В растворе поваренной соли в воде происходит электролитическая диссоциация — процесс разложения молекулы поваренной соли на положительный ион натрия и отрицательный ион хлора. Если в сосуд с раствором поваренной соли поместить две металлические пластины, соединённые с источником тока (рис. 79), то положительный ион натрия в электрическом поле будет двигаться к пластине, соединенной с отрицательным полюсом источника тока, называемым катодом, а отрицательный ион хлора — с положительным полюсом источника тока, называемым анодом.

Газы в обычных условиях тоже не проводят электрический ток, так как в них нет свободных зарядов. Однако если в воздушный промежуток между двумя металлическими пластинами, соединёнными с источником тока, внести зажжённую спичку или спиртовку, то газ станет проводником и гальванометр зафиксирует протекание тока но цепи. При внесении пламени в воздушный промежуток между пластинами происходит ионизация газа (рис. 80). При этом от атома «отрываются» электроны и образуется положительный ион. Во время движения электрон может присоединиться к нейтральному атому и образовать отрицательный ион. Положительные ионы движутся к отрицательному электроду, а отрицательные ионы и электроны — к положительному электроду.

2. Направленное движение зарядов обеспечивается электрическим полем. Электрическое поле в проводниках создаётся и поддерживается источником тока. В источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Эти частицы накапливаются на полюсах источника тока. Один полюс источника заряжается положительно, другой — отрицательно. Между полюсами источника образуется электрическое поле, под действием которого заряженные частицы начинают двигаться упорядоченно.

В источнике тока совершается работа при разделении заряженных частиц. При этом различные виды энергии превращаются в электрическую энергию. В электрофорной машине в электрическую энергию превращается механическая энергия, в гальваническом элементе — химическая.

3. Электрический ток, проходя по цепи, производит различные действия. Тепловое действие электрического тока заключается в том, что при его прохождении по проводнику в нём выделяется некоторое количество теплоты. Пример применения теплового действия тока — электронагревательные элементы чайников, электроплит, утюгов и пр. В ряде случаев температура проводника нагревается настолько сильно, что можно наблюдать его свечение. Это происходит в электрических лампочках накаливания.

Магнитное действие электрического тока проявляется в том, что вокруг проводника с током возникает магнитное поле, которое, действуя на магнитную стрелку, расположенную рядом с проводником, заставляет её поворачиваться (рис. 81).

Благодаря магнитному действию тока можно превратить железный гвоздь в электромагнит, намотав на него провод, соединённый с источником тока. При пропускании по проводу электрического тока гвоздь будет притягивать железные предметы.

Химическое действие электрического тока проявляется в том, что при его прохождении в жидкости на электроде выделяется вещество. Если в стакан с раствором медного купороса поместить угольные электроды и присоединить их к источнику тока, то, вынув через некоторое время эти электроды из раствора, можно обнаружить на электроде, присоединённом к отрицательному полюсу источника (на катоде), слой чистой меди.

Это происходит потому, что между электродами существует электрическое поле, в котором ионы (положительно заряженные ионы меди и отрицательно заряженные ионы кислотного остатка) движутся к соответствующим электродам. Достигнув отрицательного электрода, ионы меди получают недостающие электроны, при этом восстанавливается чистая медь.

4. Характеристикой тока в цепи служит величина, называемая силой тока ​\( (I) \)​. Силой тока называют физическую величину, равную отношению заряда ​\( q \)​, проходящего через поперечное сечение проводника за промежуток времени ​\( t \)​, к этому промежутку времени: ​\( I=q/t \)​.

Определение единицы силы тока основано на магнитном действии тока, в частности на взаимодействии параллельных проводников, по которым идёт электрический ток. Такие проводники притягиваются, если ток по ним идёт в одном направлении, и отталкиваются, если направление тока в них противоположное.

За единицу силы тока принимают такую силу тока, при которой отрезки параллельных проводников длиной 1 м, находящиеся на расстоянии 1 м друг от друга, взаимодействуют с силой 2·10^-7 Н.

Эта единица называется ампером (1 А).

Зная формулу силы тока, можно получить единицу электрического заряда: 1 Кл = 1 А · 1 с.

5. Прибор, с помощью которого измеряют силу тока в цепи, называется амперметром. Его работа основана на магнитном действии тока. Основные части амперметра магнит и катушка. При прохождении по катушке электрического тока она в результате взаимодействия с магнитом, поворачивается и поворачивает соединённую с ней стрелку. Чем больше сила тока, проходящего через катушку, тем сильнее она взаимодействует с магнитом, тем больше угол поворота стрелки. Амперметр включается в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором нужно измерить (рис. 82), и потому он имеет малое внутреннее сопротивление, которое практически не влияет на сопротивление цепи и на силу тока в цепи.

У клемм амперметра стоят знаки «+» и «-», при включении амперметра в цепь клемма со знаком «+» присоединяется к положительному полюсу источника тока, а клемма со знаком «-» к отрицательному полюсу источника тока.

6. Источник тока создаёт электрическое поле, которое приводит в движение электрические заряды. Характеристикой источника тока служит величина, называемая напряжением. Чем оно больше, тем сильнее созданное им поле. Напряжение характеризует работу, которую совершает электрическое поле по перемещению электрического заряда, равного 1 Кл.

Напряжением ​\( U \)​ называют физическую величину, равную отношению работы ​\( (A) \)​ электрического поля по перемещению электрического заряда к заряду ​\( (q) \)​: ​\( U=A/q \)​.

Возможно другое определение понятия напряжения. Если числитель и знаменатель в формуле напряжения умножить на время движения заряда ​\( (t) \)​, то получим: ​\( U=At/qt \)​. В числителе этой дроби стоит мощность тока ​\( (P) \)​, а в знаменателе — сила тока ​\( (I) \)​: ​\( U=P/I \)​, т.е. напряжение — физическая величина, равная отношению мощности электрического тока к силе тока в цепи.

Единица напряжения: ​\( [U]=[A]/[q] \)​; ​\( [U] \)​ = 1 Дж/1 Кл = 1 В (один вольт).

Напряжение измеряют вольтметром. Он имеет такое же устройство, что и амперметр и такой же принцип действия, но он подключается параллельно тому участку цепи, напряжение на котором хотят измерить (рис. 83). Внутреннее сопротивление вольтметра достаточно большое, соответственно проходящий через него ток мал по сравнению с током в цепи.

У клемм вольтметра стоят знаки «+» и «-», при включении вольтметра в цепь клемма со знаком «+» присоединяется к положительному полюсу источника тока, а клемма со знаком «-» к отрицательному полюсу источника тока.

7. Собрав электрическую цепь, состоящую из источника тока, резистора, амперметра, вольтметра, ключа (рис. 83), можно показать, что сила тока ​\( (I) \)​, протекающего через резистор, прямо пропорциональна напряжению ​\( (U) \)​ на его концах: ​\( I\sim U \)​. Отношение напряжения к силе тока ​\( U/I \)​ — есть величина постоянная. Если заменить резистор, включённый в цепь, другим резистором и повторить опыт, получим тот же результат: сила тока в резисторе прямо пропорциональна напряжению на его концах, а отношение напряжения к силе тока есть величина постоянная. Только в этом случае значение отношения напряжения к силе тока будет отличаться от отношения этих величин в первом опыте. Причиной этого является то, что в цепь включались разные резисторы. Следовательно, существует физическая величина, характеризующая свойства проводника (резистора), по которому течёт электрический ток. Эту величину называют электрическим сопротивлением проводника, или просто сопротивлением. Обозначается сопротивление буквой ​\( R \)​.

Сопротивлением проводника ​\( (R) \)​ называют физическую величину, равную отношению напряжения ​\( (U) \)​ на концах проводника к силе тока ​\( (I) \)​ в нём. ​\( R=U/I \)​.

За единицу сопротивления принимают Ом (1 Ом).

Один Ом — сопротивление такого проводника, в котором сила тока равна 1 А при напряжении на его концах 1 В: 1 Ом = 1 В/1 А.

Причина того, что проводник обладает сопротивлением, заключается в том, что направленному движению электрических зарядов в нём препятствуют ионы кристаллической решетки, совершающие беспорядочное движение. Соответственно, скорость направленного движения зарядов уменьшается.2}{м} \)​.

Изменяя длину проводника, а следовательно его сопротивление, можно регулировать силу тока в цепи. Прибор, с помощью которого это можно сделать, называется реостатом (рис. 84).

9. Как показано выше, сила тока в проводнике зависит от напряжения на его концах. Если в опыте менять проводники, оставляя напряжение на них неизменным, то можно показать, что при постоянном напряжении на концах проводника сила тока обратно пропорциональна его сопротивлению. Объединив зависимость силы тока от напряжения и его зависимость от сопротивления проводника, можно записать: ​\( I=\frac{U}{R} \)​. Этот закон, установленный экспериментально, называется законом Ома (для участка цепи): сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. На рисунке приведена схема электрической цепи, состоящей из источника тока, ключа и двух параллельно соединённых резисторов. Для измерения напряжения на резисторе ​\( R_2 \)​ вольтметр можно включить между точками

1) только Б и В
2) только А и В
3) Б и Г или Б и В
4) А и Г или А и В

2. На рисунке представлена электрическая цепь, состоящая из источника тока, резистора и двух амперметров. Сила тока, показываемая амперметром А₁, равна 0,5 А. Амперметр А₂ покажет силу тока

1) меньше 0,5 А
2) больше 0,5 А
3) 0,5 А
4) 0 А

3. Ученик исследовал зависимость силы тока в электроплитке от приложенного напряжения и получил следующие данные.

Проанализировав полученные значения, он высказал предположения:

А. Закон Ома справедлив для первых трёх измерений.
Б. Закон Ома справедлив для последних трёх измерений.

Какая(-ие) из высказанных учеником гипотез верна(-ы)?

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

4. На рисунке изображён график зависимости силы тока в проводнике от напряжения на его концах. Чему равно сопротивление проводника?

1) 0,25 Ом
2) 2 Ом
3) 4 Ом
4) 8 Ом

5. На диаграммах изображены значения силы тока и напряжения на концах двух проводников. Сравните сопротивления этих проводников.

1) ​\( R_1=R_2 \)​
2) \( R_1=2R_2 \)​
3) \( R_1=4R_2 \)​
4) \( 4R_1=R_2 \)​

6. На рисунке приведена столбчатая диаграмма. На ней представлены значения мощности тока для двух проводников (1) и (2) одинакового сопротивления. Сравните значения напряжения ​\( U_1 \)​ и ​\( U_2 \)​ на концах этих проводников.

1) ​\( U_2=\sqrt{3}U_1 \)​
2) \( U_1=3U_2 \)
3) \( U_2=9U_1 \)
4) \( U_2=3U_1 \)

7. Необходимо экспериментально обнаружить зависимость электрического сопротивления круглого угольного стержня от его длины. Какую из указанных пар стержней можно использовать для этой цели?

1) А и Г
2) Б и В
3) Б и Г
4) В и Г

8. Два алюминиевых проводника одинаковой длины имеют разную площадь поперечного сечения: площадь поперечного сечения первого проводника 0,5 мм², а второго проводника 4 мм². Сопротивление какого из проводников больше и во сколько раз?

1) Сопротивление первого проводника в 64 раза больше, чем второго.
2) Сопротивление первого проводника в 8 раз больше, чем второго.
3) Сопротивление второго проводника в 64 раза больше, чем первого.
4) Сопротивление второго проводника в 8 раз больше, чем первого.

9. В течение 600 с через потребитель электрического тока проходит заряд 12 Кл. Чему равна сила тока в потребителе?

1) 0,02 А
2) 0,2 А
3) 5 А
4) 50 А

10. В таблице приведены результаты экспериментальных измерений площади поперечного сечения ​\( S \)​, длины ​\( L \)​ и электрического сопротивления ​\( R \)​ для трёх проводников, изготовленных из железа или никелина.

На основании проведённых измерений можно утверждать, что электрическое сопротивление проводника

1) зависит от материала проводника
2) не зависит от материала проводника
3) увеличивается при увеличении его длины
4) уменьшается при увеличении его площади поперечного сечения

11. Для изготовления резисторов использовался рулон нихромовой проволоки. Поочередно в цепь (см. рисунок) включали отрезки проволоки длиной 4 м, 8 м и 12 м. Для каждого случая измерялись напряжение и сила тока (см. таблицу).

Какой вывод можно сделать на основании проведённых исследований?

1) сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения
2) сопротивление проводника прямо пропорционально его длине
3) сопротивление проводника зависит от силы тока в проводнике
4) сопротивление проводника зависит от напряжения на концах проводника
5) сила тока в проводнике обратно пропорциональна его сопротивлению

12. В справочнике физических свойств различных материалов представлена следующая таблица.

Используя данные таблицы, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.

1) При равных размерах проводник из алюминия будет иметь меньшую массу и большее электрическое сопротивление по сравнению с проводником из меди.
2) Проводники из нихрома и латуни при одинаковых размерах будут иметь одинаковые электрические сопротивления.
3) Проводники из константана и никелина при одинаковых размерах будут иметь разные массы.
4) При замене никелиновой спирали электроплитки на нихромовую такого же размера электрическое сопротивление спирали уменьшится.
5) При равной площади поперечного сечения проводник из константана длиной 4 м будет иметь такое же электрическое сопротивление, что и проводник из никелина длиной 5 м.

Часть 2

13. Меняя электрическое напряжение на участке цепи, состоящем из никелинового проводника длиной 5 м, ученик полученные данные измерений силы тока и напряжения записал в таблицу. Чему равна площадь поперечного сечения проводника?

Ответы

Постоянный электрический ток. Сила тока. Напряжение. Электрическое сопротивление. Закон Ома для участка электрической цепи

3.3 (66.67%) 9 votes

Напряжение, ток и сопротивление: (как они соотносятся?)

Напряжение

Напряжение — это электрическое давление, которое заставляет электрические заряды (электроны) перемещаться в электрической цепи. Напряжение измеряется в вольтах, сокращенно «V».

Чтобы понять концепцию напряжения, рассмотрим водяной насос, перекачивающий воду. Насос заставляет воду течь по трубам. Насос действует как напряжение, а вода действует как заряд.

Однако необязательно, чтобы при приложении напряжения электрические заряды протекали (ток).Заряды нуждаются в полностью замкнутом пути прохождения потока.

Ток

Электрический ток — это количество электронов, проходящих через точку в цепи. Рассмотрим схему, отмеченную буквой «А» в точке. Число электронов, которые пройдут через точку «А» за одну секунду, и будет током в цепи. Вы можете рассматривать ток в цепи как поток воды в трубах.

Ток в цепи вызывается напряжением, так же как поток воды в трубах вызывается насосом.Электрический ток измеряется в амперах, иногда называемых «амперами». Обозначается буквой «I».

Сопротивление

Сопротивление, как следует из названия, обеспечивает сопротивление электрическому току. Он всегда пытается остановить ток. Каждый материал во всем мире имеет сопротивление электрическому току.

Некоторые материалы имеют очень маленькое сопротивление, называемые проводниками. В то время как другие материалы имеют очень высокое сопротивление, называемые изоляторами. Мы используем проводники в цепи, чтобы электрический ток проходил легко.

Сопротивление зависит от структуры материала:

• Если в материале больше свободных электронов, таких как металлы, он будет действовать как проводник.
• Если в материале меньше свободных электронов, например в резине, он будет действовать как изолятор.

Связь между напряжением, током и сопротивлением

Связь между напряжением, током и сопротивлением можно найти из закона Ома:

V = I * R ; Здесь V = напряжение, I = ток, R = сопротивление

Дополнительную информацию см. В Законе Ома.

Переменный и постоянный ток

В цепи протекает ток двух типов. Один называется DC (постоянный ток), а другой — AC (переменный ток).

DC — постоянный ток

Постоянный ток — это поток электронов в одном направлении. Хотя величина тока может уменьшаться или увеличиваться, но он всегда будет течь в одном направлении в цепи. Аккумуляторы и зарядное устройство вырабатывают постоянный ток.

AC — переменный ток

Переменный ток не течет в одном направлении в цепи.Вместо этого он постоянно меняет свою полярность (направление). Скорость изменения полярности называется частотой переменного тока. Все мы используем переменный ток в наших домах с частотой от 50 до 60 Гц. Зарядные устройства часто преобразуют переменный ток в постоянный для зарядки аккумулятора вашего ноутбука и смартфона.

Интересные факты

• При достаточном напряжении электрический ток может проходить через воздух. Удары молнии, когда напряжение становится достаточным для прохождения через воздух.
• Когда ток проходит через проводник, он создает вокруг него магнитное поле.
• Напряжение измеряется вольтметром. А ток измеряется амперметром.

Что нужно знать о токе, напряжении и сопротивлении

Ток, напряжение и сопротивление — три важных понятия в электронике. Я понятия не имел об этом, когда начинал. Но я все еще мог создавать забавные вещи, следуя схемам, которые я нашел. Я просто не знал, что происходит.

Когда я начал изучать основы электричества в школе, многие вещи начали складываться на свои места.Я начал понимать некоторые объяснения из построенных мной принципиальных схем.

Мне нравится сосредотачиваться на практических частях электроники. Но изучение теории по мере вашего прогресса также действительно полезно. Итак, в сегодняшней статье вы узнаете основы тока, напряжения и сопротивления.

Базовое электричество

Когда вы подключаете небольшую лампочку к положительной и отрицательной стороне батареи, вы получаете замкнутую цепь, в которой электроны могут течь между клеммами и заставлять лампу светиться.Внутри проводов этой схемы будут течь электроны.

Когда я начинал заниматься электроникой, я кое-что неправильно понял. Я думал, что при подключении батареи электроны стартуют с батареи и должны пройти весь путь через провод до лампочки, прежде чем она зажгется. Но это не так.

В проводе уже есть электроны. А когда вы подключаете аккумулятор и замыкаете цепь, они начинают двигаться. Это похоже на трубку, наполненную шариками.Когда вы кладете шарик с одной стороны, другой сразу выходит с другой стороны. Тебе не нужно ждать. Это происходит мгновенно.

Непонятное направление тока

Направление тока немного сбивает с толку. Протекает ли ток от положительной клеммы цепи к отрицательной? Или наоборот? На некоторых диаграммах вы видите стрелку от положительной клеммы к отрицательной. На других диаграммах все наоборот.

Прежде всего, позвольте мне сказать следующее: Это не имеет значения!

Когда вам нужно произвести расчеты, все, что вам нужно сделать, это выбрать направление и произвести расчеты на его основе.Вне зависимости от того, какое направление вы выбрали — результат будет одинаковым.

Но что правильно?

Нет направления — это «правильное» направление. Ток может течь в обоих направлениях, в зависимости от того, работают ли положительные или отрицательные носители заряда. В металлах есть отрицательные носители заряда. Также называется электронами. Они переходят от отрицательного к положительному.

Итак, в нормальной электрической цепи на основе металла электроны будут течь от отрицательного вывода к положительному выводу .Но обычно говорят о направлении тока от положительного до отрицательного . (Подробнее об этом читайте в Википедии)

Ток, напряжение и сопротивление

В цепи ток — это поток электронов. Напряжение — это разность электрических потенциалов между двумя точками. Сопротивление — это то, что сопротивляется потоку электронов.

Если это звучит для вас по-гречески, не волнуйтесь. Подумайте об этом так: если в трубе течет вода, количество текущей воды эквивалентно току в электрической цепи.

Тогда представьте, что труба в какой-то момент забита. И только немного воды проходит. Давление воды с одной стороны засора будет выше, чем с другой. Эта разница в давлении между двумя точками эквивалентна напряжению. Вы всегда измеряете напряжение как разницу напряжений между двумя точками.

Пробка сама по себе является сопротивлением.

• Ток измеряется в амперах или A
• Напряжение измеряется в вольтах или в
• Сопротивление измеряется в омах или Ом

Связь между током, напряжением и сопротивлением называется законом Ома.

Вот красивая иллюстрация:

Следующий шаг:
Простое руководство по изучению электроники для начинающих

3. Ток, напряжение и сопротивление

Электричество можно описать в терминах тока, напряжения и сопротивления тока (символ = I) Электрический ток течет при движении заряда Ток — это мера скорости, с которой заряд проходит через точку в цепи. Ток измеряется в Амперах (А) Чем выше ток, тем быстрее течет заряд в этой точке цепи В цепи ток течет от положительного конца источника питания к отрицательному концу источника Напряжение — это мера энергии, переносимой или используемой зарядом. Напряжение можно представить как разность энергии (давления) в начале и в конце цепи. В начале цепи будет высокое давление, и по мере протекания тока через цепь давление будет снижаться. к резисторам, таким как шарики Электрохимический элемент или батарея восстанавливают давление заряда, чтобы обеспечить цепь энергией для поддержания потока Напряжение измеряется в Вольт (В) Для того, чтобы американские горки поднялись на подъем, требуется энергия, но, оказавшись на вершине, они скатываются вниз по склону без каких-либо дополнительных действий. В цепи батарея будет поставлять достаточно энергии для перемещения заряда из места с низким энергопотреблением в место с высоким энергопотреблением, точно так же, как двигатель, толкающий американские горки к вершине подъема. В клипе ниже взрослый должен подтолкнуть тележку к верху, прежде чем она скатится, и по рельсам Сопротивление (символ = R) Сопротивление является мерой большой нагрузки, например, свет ограничивает прохождение тока Сопротивление определяет, насколько хорошо проводник проводит электричество. Сопротивление измеряется в Ом (Ом) СМОТРЕТЬ ВИДЕО, ВИДЕО, ОПИСАННОЕ ВЗАИМОСВЯЗЬ МЕЖДУ ТОКОМ, НАПРЯЖЕНИЕМ И МОЩНОСТЬЮ 0 0

Взаимосвязь и разница между напряжением, током и сопротивлением —

Приступая к изучению мира электроники и электричества, очень важно начать с понимания основ напряжения (v), тока (c) и сопротивления (R) .Эти три фундаментальных принципа являются основными строительными блоками, необходимыми для использования электричества. Поначалу эти концепции могут быть трудными для понимания, потому что мы не можем их видеть. Невозможно увидеть невооруженным глазом поток энергии по проводу.

Даже молния в небе, хотя и видимая, на самом деле не является обменом энергии, происходящим от облака к планете. Однако это реакция воздуха на энергию, проходящую через него. Итак, чтобы заметить эту передачу энергии, мы должны использовать инструменты измерения, такие как анализатор спектра, мультиметр и осциллограф.Этот осциллограф используется для визуализации того, что происходит с зарядом в системе. Эта статья расскажет вам об основных отношениях и различиях между напряжением и током, а также о соотношении между током и напряжением.

Взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением

Основная взаимосвязь между V, I и R в электрической цепи называется законом Ома. Все материалы состоят из атомов, каждый атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Если протоны имеют положительный электрический заряд, нейтроны не имеют электрического заряда, а электроны имеют отрицательный электрический заряд.Эти трое вместе в атоме. Но если мы отделим их друг от друга, они захотят реформироваться, чтобы проявить потенциал притяжения, называемый разностью потенциалов.

Когда мы строим замкнутую цепь, эти электроны движутся и возвращаются к протонам из-за их притяжения, чтобы создать поток электронов, это называется электрическим током. Электроны не текут свободно из-за ограничения потока электронов, это называется сопротивлением.

Тогда все основные схемы состоят из трех отдельных величин, а именно напряжения, тока и сопротивления.

Электрический заряд

Электричество — это движение электронов, оно создает заряд, который мы можем подключить для выполнения работы, вашего света, телефона, стереосистемы и т. Д. Все они работают с использованием основного источника энергии, то есть движения электронов. Три основных принципа, такие как напряжение, ток и сопротивление, можно обсудить, используя электроны или, точнее, заряд, который они создают. Основное различие между током и напряжением заключается в том, что если приложить разность потенциалов между двумя точками в любом материале, в принципе может существовать ток.

• Напряжение определяется как разность потенциалов между двумя точками электрического заряда.
• Ток — это поток электронов
• Сопротивление определяется как способность материала ограничивать прохождение тока.

Итак, когда мы обсуждаем эти значения, поведение электронов в замкнутой цепи позволяет заряду перемещаться из одного места в другое. Основные компоненты, используемые в схеме, позволяют нам контролировать заряд и использовать его для работы.Итак, баварский ученый Георг Ом изучал электричество. Он описал единицу сопротивления, которая определяется напряжением и током. Разница между напряжением и током и сопротивлением обсуждается ниже.

Закон Ома

Закон

Ома определяется как соотношение между тремя величинами, такими как сопротивление, напряжение и ток. Он выводится по формуле V = IR, где

Закон Ома

• Напряжение V измеряется в вольтах
• Ток I измеряется в амперах
• Сопротивление R измеряется в Ом.

В этом уравнении напряжение равно току, умноженному на сопротивление. Используя методы алгебры, мы можем использовать это уравнение в двух вариантах, отдельно для решения тока и напряжения.

В = ИК

Из приведенного выше уравнения закона Ома мы можем рассчитать значения тока и напряжения, используя следующие уравнения.
I = V / R
R = V / I
В приведенной ниже схеме есть источники напряжения, сопротивления и тока, а именно аккумулятор для напряжения, лампа является только одним источником сопротивления и тока.Это упрощает применение закона Ома. Если мы знаем любые два значения напряжения, тока и сопротивления, мы можем вычислить третье, используя закон Ома.

Принципиальная электрическая схема V, I и R

В приведенной выше схеме, когда указаны значения напряжения и сопротивления, мы можем вычислить величину тока. Величина тока в указанной выше цепи составляет
В = 12 В, R = 3 Ом
I = V / R => 12 В / 3 Ом = 4 А

Разница между напряжением, током и сопротивлением

Основное различие между ними в основном связано с определением напряжения, сопротивления и тока.Различия между V, I и R обсуждаются ниже.

Напряжение определяется как разность зарядов между двумя точками цепи, также называемая электродвижущей силой. Он измеряется в вольтах (1 В = 1 джоуль / кулон (В = Вт / Кл)). Одна точка имеет больше заряда, чем другая. Единица вольт названа в честь изобретения итальянского физика Алессандро Вольта. Термин «вольт» на схемах обозначен буквой V. Измерителем напряжения является вольтметр.Напряжение — это источник, а ток — его результат, это может происходить без тока. Напряжение распределяется по различным электронным компонентам, которые соединены последовательно в цепи, и напряжение в параллельной цепи одинаково для всех компонентов, которые соединены параллельно.

Ток определяется как скорость протекания электрического заряда в цепи. Обозначается символом «I». Единица измерения тока — ампер или сила тока, а 1 ампер = 1 кулон в секунду. Измеритель силы тока — амперметр.Ток одинаков во всех последовательно соединенных компонентах. И ток распределяется при параллельном подключении компонентов.

Сопротивление определяется как сопротивление, которое вещество оказывает потоку электрического тока. Обозначается буквой R. Единицей измерения сопротивления является ом, а измерителем сопротивления — мультиметр.

Разница между напряжением, током и сопротивлением

При описании разницы между напряжением, сопротивлением и током по общей аналогии используется резервуар для воды.Рассмотрим резервуар для воды на определенной высоте от земли. Внизу этого резервуара для воды есть трубка. В этом резервуаре заряд обозначается количеством воды, напряжение обозначается давлением воды, а ток обозначается потоком воды. Для этого запомните следующие термины: заряд — это вода, напряжение — это давление, а ток — это поток воды.

Общий резервуар для воды

Это все о взаимосвязи и разнице между напряжением, током и сопротивлением.Теперь вы должны понять основные концепции этих трех терминов и то, как они связаны. Закон Ома — это основной принцип анализа электрических цепей. Кроме того, если вы хотите изучить более сложные приложения закона Ома, оставьте свой отзыв в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, какие приборы используются для измерения напряжения, тока и сопротивления.

Фото:

Основы закона

Ом — напряжение, ток и сопротивление

В предыдущем уроке мы обсудили применение тока, напряжения и важность закона Кулона в электричестве.Но без закона Ома работа электрической цепи становится неполной.

Для выполнения этого также задействован закон Ом . Немецкий физик Георг Симон Ом открыл закон Ома и обнаружил взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением.

Из этого руководства вы узнаете, как применить закон сопротивления к различным приложениям электротехники и электроники.

Как известно, электрический ток течет в виде заряженных электронов.Другими словами, меньший поток электронов означает, что в цепи присутствует высокое сопротивление. А высокий поток электронов означает низкое сопротивление.

Электронный ток — это количество электронов, движущихся за секунду. Однако для практических приложений нам нужно меньшее количество заряда электрона. Для упрощения использовались две единицы измерения, известные как ампер и кулон .

Кулон, обозначенный « Q» , выражает достаточное количество электрического заряда.

Электрический заряд равен 6 миллионам электронов, умноженным на 1 миллион электронов. Этот результирующий заряд снова умножается на один миллион электронов.

Ампер, представленный как ‘A’ — это сила единичного тока или количество электронов, перемещающихся в секунду, в данном случае один кулон в секунду.

Ампер слишком велик для некоторых приложений. Таким образом, он снова делится на части, известные как миллиампер ( мА), и микроампер ( мкА, ).

  1 А = 1000 мА = 1 000 000 мкА
1 мА = 1/1000 А = 1000 мкА
  

Теперь поговорим о сопротивлении. Поскольку состав различных материалов отличается, некоторые материалы обладают более сильным противодействием потоку электронов, чем другие металлы. Это электрическое явление известно как сопротивление .

Теперь, если мы приложим движущую силу или Электромагнитную силу (E.M.F) к проводнику, большое количество электронов потечет быстро.Это доказывает, что сопротивление проводника низкое.

С другой стороны, применение того же Э. М. Ф. к изолятору произведет меньше электронов. Следовательно, сопротивление изолятора высокое.

Сопротивление выражается в Ом и обозначается греческой заглавной буквой «Ω ». Единица измерения E.M.F — вольт. Один вольт — это движущая сила, необходимая для создания силы тока 1 А в цепи с сопротивлением 1 Ом.

Электрический ток — это измерительный прибор, называемый амперметром, а электрическое сопротивление измеряется с помощью омметра.

Как работает закон Ома?

Закон

Ома связывает электрические величины, такие как ток, напряжение, мощность и сопротивление. Чтобы узнать о практическом использовании закона Ома, приведу пример.

Подключите провод определенного сопротивления последовательно к источнику батареи 1,5 В и предположите, что амперметр показывает ток 0,2 А. Теперь, если мы увеличим напряжение до 3 В, измеритель тока покажет большее значение тока, скажем, 0,4 А.

Это означает, что при поддержании постоянного сопротивления и увеличении напряжения ток будет удвоен.Повторяя этот процесс увеличения и уменьшения напряжения, сохраняя неизменным сопротивление, напряжение будет пропорционально току.

То же самое происходит, если мы изменяем длину проводящего провода, сохраняя приложенное напряжение постоянным.

Если мы изменим длину провода на более короткую или более длинную, это будет иметь некоторый эффект из-за сопротивления провода.

Например, если приложить постоянный ЭДС 1,5 В и длину провода 2 м, потребляемый ток будет равен 0.3А.

Теперь, если мы изменим длину провода на 1 м, ток будет меньше 0,1 (но не 0,3) из-за меньшего расстояния, которое нужно преодолеть, и меньшего сопротивления, которое необходимо преодолеть.

Теория закона Ома

Когда вы берете металлический проводник и пропускаете через него ток, разность потенциалов между двумя концами проводника остается постоянной.

Определение закона Ома

Закон

Ом гласит, что «ток, протекающий через электрическую цепь, будет изменяться при приложении напряжения, но сопротивление обратно пропорционально сопротивлению материала проводника».

Формула закона Ома представлена ​​уравнением

В = ИК

‘V’ — падение потенциала (напряжения) на резисторе.

«I» — ток, протекающий в цепи через резистор

.

«R» — значение сопротивления резистора, выраженное в омах.

Приведенное выше уравнение I = V / R отражает следующие факты.

• Ток меняется в зависимости от приложенного входного напряжения

Если сопротивление проводника остается постоянным, напряжение будет увеличиваться с увеличением тока, а напряжение уменьшаться с уменьшением тока.

• Ток и сопротивление противоположны друг другу

Теперь сохраните напряжение в цепи как постоянный параметр. Если вы измените сопротивление, ток также изменится.

Например, если сопротивление увеличивается, ток в цепи уменьшается, а если сопротивление уменьшается, ток увеличивается.

• Соотношение напряжения и тока

Связь между напряжением и током линейная.то есть с большим напряжением ток будет выше, а с меньшим напряжением — меньший ток.

Аналогия закона Ома

Связь между напряжением, током и сопротивлением можно узнать, найдя третью величину из двух известных значений.

Двумя известными значениями могут быть напряжение, ток или сопротивление.

Расчет закона Ома

Закон Ома можно представить в трех формах. Проще говоря, закон Ом, окружность или закон Ом. Треугольник используется в электрических цепях для определения третьей величины из двух других величин.

Метод круга или треугольника используется для запоминания закона Ома.

Здесь я использую круг закона Ома, чтобы узнать напряжение, ток и сопротивление.

1. Чтобы рассчитать напряжение (В) , округлите напряжение (В), как показано ниже. Ток и сопротивление взаимосвязаны.

V = I x R

2. Чтобы вычислить ток (амперы) , округлите ток (I), как показано ниже. Это будет ток, протекающий в цепи.

I = V / R

3. Аналогично, , чтобы узнать сопротивление (Ом) , округлив сопротивление (R), вы получите сопротивление проводника.

R = V / I

Комбинируя напряжение, ток и сопротивление, мы можем получить общее соотношение, чтобы нарисовать график закона Ом .

Из графика видно, что если ток в электрической цепи увеличивается, напряжение увеличивается линейно и наоборот.

Для облегчения связи приведена таблица Закона Ом для быстрого ознакомления.

Закон Ома	Известные значения	Отношение 1	Отношение 2
В = IR	Ток и сопротивление	Напряжение прямо пропорционально току	Напряжение прямо пропорционально сопротивлению
I = V / R	Напряжение и сопротивление	Ток обратно пропорционален сопротивлению	Ток прямо пропорционален напряжению
R = V / I	Напряжение и ток	Сопротивление прямо пропорционально напряжению	Сопротивление обратно пропорционально току

Теперь дайте нам знать , как использовать формулы закона Ома на практике.

Примеры закона Ома

1 . Определение тока в цепи

Дано: напряжение = 5 В, сопротивление = 500 Ом, I =?

Формула:

I = V / R = 5/500 = 0,01 А.

Итак, при приложении потенциала 5 В через резистор 500 Ом протекает ток 0,01 А.

2. Определение напряжения в цепи

Дано: Сопротивление = 100 Ом, I = 2 А, Напряжение =?

Формула:

В = ИК = 2 * 100 = 200 В

Итак, напряжение АКБ для схемы составляет 200В.

3. Нахождение сопротивления в цепи

Дано: I = 2 А, напряжение = 5 В, сопротивление =?

Формула:

R = V / I = 5/2 = 2,5 Ом

Таким образом, необходимо последовательно подключить к источнику батареи сопротивление 2,5 Ом.

Практическое применение закона Ома

1. Конструкция блока питания (как делитель напряжения)

Закон

Ом полезен при проектировании источников питания для электронных схем.Делители напряжения определяют регулируемый выход для правильного функционирования схемы. Это достигается выбором правильного сопротивления по закону Ома.

2. Аналоговые датчики

Некоторые типы датчиков выдают текущее значение на выходе. Например, датчик радара дает выходной ток 4-20 мА.

Этот выходной ток должен быть преобразован в напряжение с помощью уравнения сопротивления. Полученное аналоговое напряжение затем обрабатывается через АЦП (аналого-цифровой преобразователь).

3. Контроль скорости

Закон

Ом широко используется в приложениях, регулирующих скорость. Он используется в потенциометре , также известном как « POT ». Сопротивление ручки изменяется медленно, что увеличивает напряжение и вращает двигатель или вентилятор.

4. Упрощение схем

Он также используется для сокращения сложных электрических цепей с использованием закона Кирхгофа напряжения и уравнения закона тока Кирхгофа .Последовательные и параллельные цепи могут быть реализованы просто с помощью закона Ома.

Заключение

В реальной жизни важно узнать ток и напряжение для любого приложения. Небольшое отклонение выходной нагрузки может привести к возгоранию или повреждению цепи. Чтобы этого избежать, необходимо применить принципы закона Ома и построить действующую электронную систему.

Законы Ома и Ватта | SpazzTech

Что такое закон Ома и закон Ватта ?:

Закон Ома определяет одно из самых фундаментальных соотношений в электронике.Это соотношение между напряжением, током и сопротивлением. Закон Ватта определяет еще одно из самых фундаментальных соотношений в электронике. Это соотношение между мощностью и величинами, определенное законом Ома. Мы не сможем углубиться в электронику, пока эти концепции не будут поняты.

Вольт:

Единицей измерения параметра напряжения является вольт. Символ, который используется для обозначения вольт, — это буква «V».В зависимости от ситуации используются как верхний, так и нижний регистры. Символом параметра напряжения также является буква «V». Если бы электрическая цепь представляла собой садовый шланг, напряжение было бы аналогично давлению в шланге. Единица V равна количеству энергии в Джоулях, необходимой для перемещения одного кулона электронов между двумя точками. Напряжение иногда называют «потенциалом», потому что оно может перемещать эти электроны.

Ампер или Ампер:

Единицей измерения параметра тока является ампер.Ампер часто сокращается до ампер. Символ, используемый для обозначения усилителя, — это буква «А». В зависимости от ситуации используются как верхний, так и нижний регистр. Символ, используемый для представления параметра тока, — это буква «I». Если бы электрическая цепь представляла собой садовый шланг, ток был бы подобен скорости потока воды в шланге. Единица A равна количеству кулонов, проходящих через контур за одну секунду.

Ом:

Единицей измерения параметра сопротивления является ом.Для обозначения сопротивления используется символ Ω. Символ, используемый для обозначения параметра сопротивления, — это буква «R». Если бы электрическая цепь была садовым шлангом, сопротивление было бы любым клапаном или другим ограничением в шланге. Единица Ω равна сопротивлению, которое существует, когда 1 А протекает между двумя точками с напряжением 1 В между этими двумя точками. Это составляет основу форм закона Ома, приведенных в следующем разделе.

Формы закона Ома:

Мощность:

Единицей измерения мощности в электронике чаще всего является ватт.Символ, используемый для обозначения ватта, — это заглавная буква «W». По сути, мощность — это скорость выполнения работы. Фактически, один ватт равен одному джоулю в секунду. Из определений, данных для вольт и ампер, приведенных выше, мы можем сказать, что один ватт также равен одному вольту, умноженному на один ампер, потому что вольт — это мера джоулей на кулон, а ампер — мера кулонов в секунду. Кулоны сокращаются, и у нас остаются джоули в секунду.

Формы закона Ватта:

Объединенная взаимосвязь закона Ома и закона Ватта Настенная диаграмма:

Объединив закон Ома и закон Ватта, нам нужно знать только две величины, чтобы определить две другие.Эти величины представляют собой напряжение (В) в вольтах, ток (I) в амперах, сопротивление (R) в омах и мощность (P) в ваттах. Все отношения между этими количествами приведены в таблице ниже.

© Авторское право SpazzTech LLC, 2014-2017. Все права защищены

закон Ома | физика | Britannica

Закон Ома , описание взаимосвязи между током, напряжением и сопротивлением.Величина постоянного тока через большое количество материалов прямо пропорциональна разности потенциалов или напряжению на материалах. Таким образом, если напряжение В, (в единицах вольт) между двумя концами провода, сделанного из одного из этих материалов, утроится, ток I (амперы) также утроится; и частное V / I остается постоянным. Отношение В, / I для данного куска материала называется его сопротивлением, R, измеряется в единицах, называемых омами.Сопротивление материалов, для которых действует закон Ома, не изменяется в огромных диапазонах напряжения и тока. Математически закон Ома может быть выражен как V / I = R . То, что сопротивление или отношение напряжения к току для всей или части электрической цепи при фиксированной температуре, как правило, является постоянным, было установлено к 1827 году в результате исследований немецкого физика Георга Симона Ома.

Альтернативные утверждения закона Ома заключаются в том, что ток I в проводнике равен разности потенциалов В, поперек проводника, деленной на сопротивление проводника, или просто I = В / R , и что разность потенциалов в проводнике равна произведению тока в проводнике и его сопротивления: В = IR .В цепи, в которой разность потенциалов или напряжение постоянна, ток можно уменьшить, добавив большее сопротивление, или увеличить, удалив некоторое сопротивление. Закон Ома также может быть выражен в терминах электродвижущей силы или напряжения E источника электроэнергии, такого как батарея. Например, I = E / R .

С изменениями закон Ома также применяется к цепям переменного тока, в которых соотношение между напряжением и током более сложное, чем для постоянного тока.Именно из-за того, что ток меняется, помимо сопротивления, возникают другие формы противодействия току, называемые реактивным сопротивлением. Комбинация сопротивления и реактивного сопротивления называется импедансом, Z. Когда полное сопротивление, эквивалентное отношению напряжения к току, в цепи переменного тока является постоянным, обычно применяется закон Ома. Например, V / I = Z .

С дальнейшими изменениями закон Ома был расширен до постоянного отношения магнитодвижущей силы к магнитному потоку в магнитной цепи.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.