Закон Ома для участка цепи

Сайт: 

Начинающим

Немецкий физик Георг Ом (1787-1854) в 1826 году обнаружил, что отношение напряжения U между концами металлического проводника, являющегося участком электрической цепи, к силе тока I в цепи есть величина постоянная:

U / I = R = const.

Эту величину R называют электрическим сопротивлением проводника. Электрическое сопротивление измеряется в Омах. Электрическим сопротивлением 1 Ом обладает такой участок цепи, на котором при силе тока 1 А напряжение равно 1 В:

1 Ом = 1 В / 1 А.

Опыт показывает, что электрическое сопротивление проводника прямо пропорционально его длине L и обратно пропорционально площади S поперечного сечения проводника:

R = r · L / S.

Постоянный для данного вещества параметр r называется удельным электрическим сопротивлением вещества. Удельное сопротивление измеряется в Ом · м.

В таблице приводятся значения удельного электрического сопротивления для некоторых материалов и сплавов:

Таблица 1. Удельное сопротивление проводников.

Материал	Удельное сопротивление (Ом · м)	Удельное сопротивление (Ом · мм2/м)
Алюминий	2,82 · 10-8	0,0282
Висмут	1,2 · 10-6	1,2
Вольфрам	5,5 · 10-8	0,055
Железо	9,8 · 10-8	0,098
Золото	2,42 · 10-8	0,0242
Константан	4,9 · 10-7	0,49
Латунь	8 · 10-8	0,08
Манганин	4,4 · 10-7	0,44
Медь	1,72 · 10-8	0,0172
Молибден	5,6 · 10-8	0,056
Никель	7,24 · 10-8	0,0724
Нихром	1 · 10-6	1
Олово	1,14 · 10-7	0,114
Платина	1,05 · 10-7	0,105
Свинец	2,06 · 10-7	0,206
Серебро	1,62 · 10-8	0,0162
Цинк	5,92 · 10-8	0,0592

Экспериментально установленную зависимость силы тока I от напряжения U и электрического сопротивления R участка цепи называют законом Ома для участка цепи: I = U / R.

Закон Ома для участка цепи. Видеоурок и разноуровневые самостоятельные работы. 10 класс. Физика. — Объяснение нового материала.

Комментарии преподавателя

В предыдущих параграфах были рассмотрены три величины, с которыми мы имеем дело в любой электрической цепи, — это сила тока, напряжение и сопротивление. Эти величины связаны между собой. Зависимость силы тока от напряжения мы уже установили.

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.

Магазин сопротивлений

На рисунке изображена электрическая цепь. 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.

Рис. Зависимость силы тока от сопротивления

В таблице  приведены результаты опытов с тремя различными проводниками.

Таблица

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 трёх опытах было одинаковое, равное 2 В.

Обобщая результаты опытов, приходим к выводу, что сила тока в проводнике обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Ом Георг (1787—1854)
Немецкий физик.

Он вывел теоретически и подтвердил на опыте закон, выражающий связь между силой тока в цепи, напряжением и сопротивлением.

Зависимость силы тока от напряжения на концах участка цепи и сопротивления этого участка называется законом Ома по имени немецкого учёного Георга 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.

Рис, График зависимости силы тока в цепи от сопротивления

Из формулы I = U / R — следует, что

U = I • R 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 три раза, то во столько же раз увеличится и сила тока в нём, а отношение напряжения к силе тока не изменится.

 

К занятию прикреплен файл  «Это интересно!». Вы можете скачать файл в любое удобное для вас время.

 

Коэффициент трансформации (коэффициент напряжения, коэффициент тока и коэффициент трансформации)

В этом разделе вы изучаете коэффициент трансформации (коэффициент напряжения, коэффициент тока и коэффициент трансформации).

На рис. 1 показан трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к нагрузке.

Рис. 1: Отношения напряжения и тока

Отношение напряжения: пусть ${{\text{N}}_{1}}$ и ${{\text{N}}_{2}} $ — количество витков первичной и вторичной обмоток соответственно, ${{\text{E}}_{1}}$ и ${{\text{E}}_{1}}$ — среднеквадратичное значение. значения ЭДС индукции в соответствующих обмотках. Затем

\[{{\text{E}}_{1}}=4,44\text{ }{{\phi}_{\text{m}}}\text{f }{{\text{N}} _{1}}\text{вольт}\]

и

\[{{\text{E}}_{2}}=4,44\text{ }{{\phi}_{\text{m} }}\text{f }{{\text{N}}_{2}}\text{вольт}\]

Таким образом,

\[\frac{{{\text{E}}_{1} }}{{{\text{E}}_{2}}}\text{ = }\frac{{{\text{N}}_{1}}}{{{\text{N}}_{ 2}}}….(1)\]

Теперь, если напряжение, приложенное к первичной обмотке, равно ${{\text{V}}_{1}}$, а напряжение на клеммах вторичной обмотки равно ${{ \text{V}}_{2}}$, как показано на рис. 1, затем без нагрузки (т.е. когда вторичная обмотка разомкнута),

\[{{\text{V}}_{2}}=\text{ }{{\text{E}}_{2}}\]

Кроме того, первичный ток в этих условиях очень мал , ${{\text{V}}_{1}}$ численно почти равно ${{\text{E}}_{1}}$. Следовательно, уравнение (1) дает

\[\frac{{{\text{E}}_{1}}}{{{\text{E}}_{2}}}\text{ = } \frac{{{\text{V}}_{1}}}{{{\text{V}}_{2}}}\text{ =}\frac{{{\text{N}}_{ 1}}}{{{\text{N}}_{2}}}…. (2)\]

Отношение напряжений

Первичное и вторичное напряжения на клеммах трансформатора пропорциональны соответствующему числу оборотов. Отношение напряжения на первичной и вторичной клеммах известно как коэффициент напряжения.

Коэффициент витков

Отношение витков первичной обмотки к виткам вторичной обмотки известно как коэффициент трансформации трансформатора. На холостом ходу соотношения напряжения и витка равны. Импедансы обмоток трансформатора малы, даже при полной нагрузке они почти равны.

Коэффициент трансформации

Чаще отношение вторичного напряжения к первичному напряжению называют коэффициентом трансформации и обозначают буквой K. Следовательно, из уравнения (1)

Коэффициент трансформации,

\[\text{K}=\frac{{{\text{E}}_{2}}}{{{\text{E}}_{1}}}\text{ = }\frac{{{\text{V}}_{2}}}{{{\text{V}}_{1}}}\text{ =}\frac{{{\text{N}}_ {2}}}{{{\text{N}}_{1}}}….(3)\]

Повышающий трансформатор

Если $\text{K}>1$, т.  е. ${{\text {V}}_{2}}>{{\text{V}}_{1}}$ трансформатор называется повышающим трансформатором. Это тот трансформатор, который получает электрическую энергию при одном напряжении и отдает ее при более высоком напряжении.

Понижающий трансформатор

Если  $\text{K}<1$, т. е. ${{\text{V}}_{2}}<{{\text{V}}_{1}}$, трансформатор называется понижающим. . Это трансформатор, который получает электрическую энергию при одном напряжении и отдает ее при более низком напряжении.

Трансформатор один к одному

Если $\text{K}=1$, т.е. ${{\text{V}}_{2}}={{\text{V}}_{1}}$, трансформатор называется трансформатором один к одному. Очевидно, что такой трансформатор передает электрическую энергию из одной цепи в другую без изменения напряжения.

Коэффициент тока

Кроме того, поскольку трансформатор очень эффективно передает электроэнергию из одной цепи в другую с незначительными потерями мощности,

Потребляемая мощность = Выходная мощность

$\text{since, P = VI}\cos \phi \text{ }$

Таким образом,

\[{{\text{V}}_{1}}{{\text{I}}_{1}}\cos {{\phi}_{1} }={{\text{V}}_{2}}{{\text{I}}_{2}}\cos {{\phi}_{2}}\]

, где ${{\text {I}}_{1}}$ и ${{\text{I}}_{2}}$ — токи в первичной и вторичной цепи соответственно, а $\cos {{\phi }_{1 }}$ и $\cos {{\phi }_{2}}$ — соответствующие коэффициенты мощности. Но для трансформатора первичный и вторичный коэффициенты мощности также почти равны, особенно при полной нагрузке.

\[{{\text{V}}_{1}}{{\text{I}}_{1}}={{\text{V}}_{2}}{{\text{I }}_{2}}\]

Или,

\[\frac{{{\text{I}}_{1}}}{{{\text{I}}_{2}}}\ text{=}\frac{{{\text{V}}_{2}}}{{{\text{V}}_{1}}}….(4)\]

Объединение результатов, полученных в Уравнения (3) и (4), имеем

\[\frac{{{\text{V}}_{2}}}{{{\text{V}}_{1}}}\text { }=\frac{{{\text{I}}_{1}}}{{{\text{I}}_{2}}}\text{=}\frac{{{\text{N} }_{2}}}{{{\text{N}}_{1}}}=\text{K}\]

Таким образом, из приведенного выше выражения видно, что первичный и вторичный токи трансформатора обратно пропорциональны соответствующим оборотам или напряжениям.

Коэффициент трансформации трансформатора | Обороты, ток, коэффициент импеданса

Хотите создать сайт? Найдите бесплатные темы и плагины WordPress.

В этой статье подробно рассматриваются различные коэффициенты трансформации трансформатора, такие как коэффициент напряжения (витков), коэффициент тока и коэффициент импеданса (согласование), а также решенные примеры.

Отношение напряжения (витков)

Взаимный поток является общим для каждой обмотки. Следовательно, он должен индуцировать одинаковое напряжение на виток в каждой обмотке. Если V ₁ ^′  is the total induced voltage in the primary winding having  N ₁  turns, then the induced voltage per turn is  V ₁ ^′ / N ₁ . Точно так же индуцированное напряжение на виток во вторичной обмотке составляет В ₂ ^′ / Н ₂ .

На холостом ходу приложенное напряжение В ₁  и напряжение самоиндукции V ₁ ^′ почти равны и V ₂ = V ₂ ^′ , поэтому вышеупомянутые отношения и обычно экспрессируются как:

\ V}_{1}}}{{{V}_{2}}}=\frac{{{N}_{1}}}{{{N}_{2}}}\]

То есть , на холостом ходу отношение напряжений равно отношению витков.

Соотношение витков Пример

Трансформатор имеет 1000 витков на первичной обмотке и 200 витков на вторичной. Если приложенное напряжение составляет 250 В, рассчитайте выходное напряжение трансформатора.

Current Ratio

When the transformer is connected to a load, the secondary current  I ₂ produces a demagnetizing flux proportional to the secondary ampere-turns  I ₂ N ₂ . Первичный ток увеличивается, обеспечивая увеличение первичных ампер-витков I ₁ N ₁ , чтобы сбалансировать действие вторичных ампер-витков. Поскольку ток возбуждения I ₀ настолько мал по сравнению с полным первичным током при полной нагрузке, что им обычно пренебрегают при сравнении коэффициента тока трансформатора. Следовательно, первичные ампер-витки равны вторичным ампер-виткам:

\[{{I}_{1}}{{N}_{1}}={{I}_{2}}{{N}_ {2}}\]

Сравнивая коэффициенты тока и напряжения, можно увидеть, что коэффициент трансформации тока является обратным коэффициенту трансформации напряжения:

\[\frac{{{I}_{1 }}}{{{I}_{2}}}=\frac{{{N}_{2}}}{{{N}_{1}}}\]

Коэффициент импеданса

Несмотря на то, что отношение импеданса является основной задачей аудио- и радиотехников, его важно понимать электрикам. {2}}\]

Пример коэффициента импеданса

Типичная ситуация, когда телевизионная антенна спроектирована с импедансом 300 Ом, но ее необходимо подключить к коаксиальному кабелю с импедансом 75 Ом.

Трансформатор используется с соотношением витков 2:1, поэтому соотношение напряжений также будет 2:1, поэтому выходное напряжение будет составлять половину входного напряжения. При этом выходной ток будет в два раза больше входного тока. Поэтому выходное сопротивление

Z ₂ = V ₂ / I ₂ = 0,5 V ₁ /2 I ₁ = 0,25 Z ₁ = 0,25 Z 1 ₁ = 0,25 Z 1 ₁ = 0,25 . То есть отношение Z ₂ / Z ₁ находится из ( N ₂ / N 1 2 ) :

• Вы также можете прочитать: Соединения трехфазного трансформатора

Вы нашли apk для Android? Вы можете найти новые бесплатные игры и приложения для Android.