Закон ома простым языком. Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна его сопротивлению

Вся прикладная электротехника базируется на одном догмате – это закон Ома для участка цепи. Без понимания принципа этого закона невозможно приступать к практике, поскольку это приводит к многочисленным ошибкам. Имеет смысл освежить эти знания, в статье мы напомним трактовку закона, составленного Омом, для однородного и неоднородного участка и полной цепи.

Классическая формулировка

Этот простой вариант трактовки, известный нам со школы.

Формула в интегральной форме будет иметь следующий вид:

То есть, поднимая напряжение, мы тем самым увеличиваем ток. В то время, как увеличение такого параметра, как «R», ведет к снижению «I». Естественно, что на рисунке сопротивление цепи показано одним элементом, хотя это может быть последовательное, параллельное (вплоть до произвольного)соединение нескольких проводников.

В дифференциальной форме закон мы приводить не будем, поскольку в таком виде он применяется, как правило, только в физике.

Принятые единицы измерения

Необходимо учитывать, что все расчеты должны проводиться в следующих единицах измерения:

• напряжение – в вольтах;
• ток в амперах
• сопротивление в омах.

Если вам встречаются другие величины, то их необходимо будет перевести к общепринятым.

Формулировка для полной цепи

Трактовка для полной цепи будет несколько иной, чем для участка, поскольку в законе, составленном Омом, еще учитывает параметр «r», это сопротивление источника ЭДС. На рисунке ниже проиллюстрирована подобная схема.

Учитывая «r» ЭДС, формула предстанет в следующем виде:

Заметим, если «R» сделать равным 0, то появляется возможность рассчитать «I», возникающий во время короткого замыкания.

Напряжение будет меньше ЭДС, определить его можно по формуле:

Собственно, падение напряжения характеризуется параметром «I*r». Это свойство характерно многим гальваническим источникам питания.

Неоднородный участок цепи постоянного тока

Под таким типом подразумевается участок, где помимо электрического заряда производится воздействие других сил. Изображение такого участка показано на рисунке ниже.

Формула для такого участка (обобщенный закон) будет иметь следующий вид:

Переменный ток

Если в схема, подключенная к переменному току снабжена емкостью и/или индуктивностью (катушкой), расчет производится с учетом величин их реактивных сопротивлений. Упрощенный вид закона будет выглядеть следующим образом:

Где «Z» представляет собой импеданс, это комплексная величина, состоящая из активного (R) и пассивного (Х) сопротивлений.

Практическое использование

Видео: Закон Ома для участка цепи – практика расчета цепей.

Собственно, к любому участку цепи можно применить этот закон. Пример приведен на рисунке.

Используя такой план, можно вычислить все необходимые характеристики для неразветвленного участка. Рассмотрим более детальные примеры.
Находим силу тока
Рассмотрим теперь более определенный пример, допустим, возникла необходимость узнать ток, протекающий через лампу накаливания. Условия:

• Напряжение – 220 В;
• R нити накала – 500 Ом.

Решение задачи будет выглядеть следующим образом: 220В/500Ом=0,44 А.

Рассмотрим еще одну задачу со следующими условиями:

В этом случае, в первую очередь, потребуется выполнить преобразование: 0,2 МОм = 200000 Ом,после чего можно приступать к решению: 400 В/200000 Ом=0,002 А (2 мА).
Вычисление напряжения
Для решения мы также воспользуемся законом, составленным Омом. Итак задача:

Преобразуем исходные данные:

• 20 кОм = 20000 Ом;
• 10 мА=0,01 А.

Решение: 20000 Ом х 0,01 А = 200 В.

Незабываем преобразовывать значения, поскольку довольно часто ток может быть указан в миллиамперах.

Сопротивление.

Несмотря на то, что общий вид способа для расчета параметра «R» напоминает нахождение значения «I», между этими вариантами существуют принципиальные различия. Если ток может меняться в зависимости от двух других параметров, то R (на практике) имеет постоянное значение. То есть по своей сути оно представляется в виде неизменной константы.

Если через два разных участка проходит одинаковый ток (I), в то время как приложенное напряжение (U) различается, то, опираясь на рассматриваемый нами закон, можно с уверенностью сказать, что там где низкое напряжение «R» будет наименьшим.

Рассмотрим случай когда разные токи и одинаковое напряжение на несвязанных между собой участках. Согласно закону, составленному Омом, большая сила тока будет характерна небольшому параметру «R».

Рассмотрим несколько примеров.

Допустим, имеется цепь, к которой подведено напряжение U=50 В, а потребляемый ток I=100 мА. Чтобы найти недостающий параметр, следует 50 В / 0,1 А (100 мА), в итоге решением будет – 500 Ом.

Вольтамперная характеристика позволяет наглядно продемонстрировать пропорциональную (линейную) зависимость закона. На рисунке ниже составлен график для участка с сопротивлением равным одному Ому (почти как математическое представление закона Ома).

Изображение вольт-амперной характеристики, где R=1 Ом

Изображение вольт-амперной характеристики

Вертикальная ось графика отображает ток I (A), горизонтальная – напряжение U(В). Сам график представлен в виде прямой линии, которая наглядно отображает зависимость от сопротивления, которое остается неизменным. Например, при 12 В и 12 А «R» будет равно одному Ому (12 В/12 А).

Обратите внимание, что на приведенной вольтамперной характеристике отображены только положительные значения. Это указывает, что цепь рассчитана на протекание тока в одном направлении. Там где допускается обратное направление, график будет продолжен на отрицательные значения.

Заметим, что оборудование, вольт-амперная характеристика которого отображена в виде прямой линии, именуется – линейным. Этот же термин используется для обозначения и других параметров.

Помимо линейного оборудования, есть различные приборы, параметр «R» которых может меняться в зависимости от силы тока или приложенного напряжения. В этом случая для расчета зависимости нельзя использовать закон Ома. Оборудование такого типа называется нелинейным, соответственно, его вольт-амперные характеристики не будут отображены в виде прямых линий.

Вывод

Как уже упоминалось в начале статьи, вся прикладная электротехника базируется на законе, составленном Омом. Незнание этого базового догмата может привести к неправильному расчету, который, в свою очередь, станет причиной аварии.

Подготовка электриков как специалистов начинается с изучения теоретических основ электротехники. И первое, что они должны запомнить – это закон составленный Омом, поскольку на его основе производятся практически все расчеты параметров электрических цепей различного назначения.

Понимание основного закона электротехники поможет лучше разбираться в работе электрооборудования и его основных компонентов. Это положительно отразится на техническом обслуживании в процессе эксплуатации.

Самостоятельная проверка, разработка, а также опытное изучение узлов оборудования – все это существенно упрощается, если использовать закон Ома для участка цепи. При этом не требуется проводить всех измерений, достаточно снять некоторые параметры и, проведя несложные расчеты, получить необходимые значения.

Вся прикладная электротехника базируется на одном догмате – это закон Ома для участка цепи. Без понимания принципа этого закона невозможно приступать к практике, поскольку это приводит к многочисленным ошибкам. Имеет смысл освежить эти знания, в статье мы напомним трактовку закона, составленного Омом, для однородного и неоднородного участка и полной цепи.

Классическая формулировка

Этот простой вариант трактовки, известный нам со школы.

Формула в интегральной форме будет иметь следующий вид:

То есть, поднимая напряжение, мы тем самым увеличиваем ток. В то время, как увеличение такого параметра, как «R», ведет к снижению «I». Естественно, что на рисунке сопротивление цепи показано одним элементом, хотя это может быть последовательное, параллельное (вплоть до произвольного)соединение нескольких проводников.

В дифференциальной форме закон мы приводить не будем, поскольку в таком виде он применяется, как правило, только в физике.

Принятые единицы измерения

Необходимо учитывать, что все расчеты должны проводиться в следующих единицах измерения:

• напряжение – в вольтах;
• ток в амперах
• сопротивление в омах.

Если вам встречаются другие величины, то их необходимо будет перевести к общепринятым.

Формулировка для полной цепи

Трактовка для полной цепи будет несколько иной, чем для участка, поскольку в законе, составленном Омом, еще учитывает параметр «r», это сопротивление источника ЭДС. На рисунке ниже проиллюстрирована подобная схема.

Учитывая «r» ЭДС, формула предстанет в следующем виде:

Заметим, если «R» сделать равным 0, то появляется возможность рассчитать «I», возникающий во время короткого замыкания.

Напряжение будет меньше ЭДС, определить его можно по формуле:

Собственно, падение напряжения характеризуется параметром «I*r». Это свойство характерно многим гальваническим источникам питания.

Неоднородный участок цепи постоянного тока

Под таким типом подразумевается участок, где помимо электрического заряда производится воздействие других сил. Изображение такого участка показано на рисунке ниже.

Формула для такого участка (обобщенный закон) будет иметь следующий вид:

Переменный ток

Если в схема, подключенная к переменному току снабжена емкостью и/или индуктивностью (катушкой), расчет производится с учетом величин их реактивных сопротивлений. Упрощенный вид закона будет выглядеть следующим образом:

Где «Z» представляет собой импеданс, это комплексная величина, состоящая из активного (R) и пассивного (Х) сопротивлений.

Практическое использование

Видео: Закон Ома для участка цепи – практика расчета цепей.

Собственно, к любому участку цепи можно применить этот закон. Пример приведен на рисунке.

Используя такой план, можно вычислить все необходимые характеристики для неразветвленного участка. Рассмотрим более детальные примеры.
Находим силу тока
Рассмотрим теперь более определенный пример, допустим, возникла необходимость узнать ток, протекающий через лампу накаливания. Условия:

• Напряжение – 220 В;
• R нити накала – 500 Ом.

Решение задачи будет выглядеть следующим образом: 220В/500Ом=0,44 А.

Рассмотрим еще одну задачу со следующими условиями:

В этом случае, в первую очередь, потребуется выполнить преобразование: 0,2 МОм = 200000 Ом,после чего можно приступать к решению: 400 В/200000 Ом=0,002 А (2 мА).
Вычисление напряжения
Для решения мы также воспользуемся законом, составленным Омом. Итак задача:

Преобразуем исходные данные:

• 20 кОм = 20000 Ом;
• 10 мА=0,01 А.

Решение: 20000 Ом х 0,01 А = 200 В.

Незабываем преобразовывать значения, поскольку довольно часто ток может быть указан в миллиамперах.

Сопротивление.

Несмотря на то, что общий вид способа для расчета параметра «R» напоминает нахождение значения «I», между этими вариантами существуют принципиальные различия. Если ток может меняться в зависимости от двух других параметров, то R (на практике) имеет постоянное значение. То есть по своей сути оно представляется в виде неизменной константы.

Если через два разных участка проходит одинаковый ток (I), в то время как приложенное напряжение (U) различается, то, опираясь на рассматриваемый нами закон, можно с уверенностью сказать, что там где низкое напряжение «R» будет наименьшим.

Рассмотрим случай когда разные токи и одинаковое напряжение на несвязанных между собой участках. Согласно закону, составленному Омом, большая сила тока будет характерна небольшому параметру «R».

Рассмотрим несколько примеров.

Допустим, имеется цепь, к которой подведено напряжение U=50 В, а потребляемый ток I=100 мА. Чтобы найти недостающий параметр, следует 50 В / 0,1 А (100 мА), в итоге решением будет – 500 Ом.

Вольтамперная характеристика позволяет наглядно продемонстрировать пропорциональную (линейную) зависимость закона. На рисунке ниже составлен график для участка с сопротивлением равным одному Ому (почти как математическое представление закона Ома).

Изображение вольт-амперной характеристики, где R=1 Ом

Изображение вольт-амперной характеристики

Вертикальная ось графика отображает ток I (A), горизонтальная – напряжение U(В). Сам график представлен в виде прямой линии, которая наглядно отображает зависимость от сопротивления, которое остается неизменным. Например, при 12 В и 12 А «R» будет равно одному Ому (12 В/12 А).

Обратите внимание, что на приведенной вольтамперной характеристике отображены только положительные значения. Это указывает, что цепь рассчитана на протекание тока в одном направлении. Там где допускается обратное направление, график будет продолжен на отрицательные значения.

Заметим, что оборудование, вольт-амперная характеристика которого отображена в виде прямой линии, именуется – линейным. Этот же термин используется для обозначения и других параметров.

Помимо линейного оборудования, есть различные приборы, параметр «R» которых может меняться в зависимости от силы тока или приложенного напряжения. В этом случая для расчета зависимости нельзя использовать закон Ома. Оборудование такого типа называется нелинейным, соответственно, его вольт-амперные характеристики не будут отображены в виде прямых линий.

Вывод

Как уже упоминалось в начале статьи, вся прикладная электротехника базируется на законе, составленном Омом. Незнание этого базового догмата может привести к неправильному расчету, который, в свою очередь, станет причиной аварии.

Подготовка электриков как специалистов начинается с изучения теоретических основ электротехники. И первое, что они должны запомнить – это закон составленный Омом, поскольку на его основе производятся практически все расчеты параметров электрических цепей различного назначения.

Понимание основного закона электротехники поможет лучше разбираться в работе электрооборудования и его основных компонентов. Это положительно отразится на техническом обслуживании в процессе эксплуатации.

Самостоятельная проверка, разработка, а также опытное изучение узлов оборудования – все это существенно упрощается, если использовать закон Ома для участка цепи. При этом не требуется проводить всех измерений, достаточно снять некоторые параметры и, проведя несложные расчеты, получить необходимые значения.

«Физика — 10 класс»

Что заставляет заряды двигаться вдоль проводника?
Как электрическое поле действует на заряды?

Вольт-амперная характеристика.

В предыдущем параграфе говорилось, что для существования тока в проводнике необходимо создать разность потенциалов на его концах. Сила тока в проводнике определяется этой разностью потенциалов. Чем больше разность потенциалов, тем больше напряжённость электрического поля в проводнике и, следовательно, тем большую скорость направленного движения приобретают заряженные частицы. Это означает увеличение силы тока.

Для каждого проводника — твёрдого, жидкого и газообразного — существует определённая зависимость силы тока от приложенной разности потенциалов на концах проводника.

Зависимость силы тока в проводнике от напряжения, подаваемого на него, называют вольт-амперной характеристикой проводника.

Её находят, измеряя силу тока в проводнике при различных значениях напряжения. Знание вольт-амперной характеристики играет большую роль при изучении электрического тока.

Закон Ома.

Наиболее простой вид имеет вольт- амперная характеристика металлических проводников и растворов электролитов. Впервые (для металлов) её установил немецкий учёный Георг Ом, поэтому зависимость силы тока от напряжения носит название закона Ома .

На участке цепи, изображённой на рисунке 15.3, ток направлен от точки 1 к точке 2. Разность потенциалов (напряжение) на концах проводника равна U = φ 1 — φ 2 . Так как ток направлен слева направо, то напряжённость электрического поля направлена в ту же сторону и φ 1 > φ 2 .

Измеряя силу тока амперметром а напряжение вольтметром, можно убедиться в том, что сила тока прямо пропорциональна напряжению.

Закон Ома для участка цепи

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна приложенному к нему напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка R.

Применение обычных приборов для измерения напряжения — вольтметров — основано на законе Ома. Принцип устройства вольтметра такой же, как и у амперметра. Угол поворота стрелки прибора пропорционален силе тока.

Сила тока, проходящего по вольтметру, определяется напряжением между точками цепи, к которой он подключён. Поэтому, зная сопротивление вольтметра, можно по силе тока определить напряжение. На практике прибор градуируют так, чтобы он сразу показывал напряжение в вольтах.

Сопротивление.

Основная электрическая характеристика проводника — сопротивление . От этой величины зависит сила тока в проводнике при заданном напряжении.

Свойство проводника ограничивать силу тока в цепи, т. е. противодействовать электрическому току, называют электрическим сопротивлением проводника .

С помощью закона Ома (15.3) можно определить сопротивление проводника:

Для этого нужно измерить напряжение на концах проводника и силу тока в нём.

На рисунке 15.4 приведены графики вольт-амперных характеристик двух проводников. Очевидно, что сопротивление проводника, которому соответствует график 2, больше, чем сопротивление проводника, которому соответствует график 1.

Сопротивление проводника не зависит от напряжения и силы тока.

Сопротивление зависит от материала проводника и его геометрических размеров.

Сопротивление проводника длиной l с постоянной площадью поперечного сечения S равно:

где ρ — величина, зависящая от рода вещества и его состояния (от температуры в первую очередь).

Величину ρ называют удельным сопротивлением проводника .

Удельное сопротивление материала численно равно сопротивлению проводника из этого материала длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м 2 .

Единицу сопротивления проводника устанавливают на основе закона Ома и называют её омом.

Проводник имеет сопротивление 1 Ом, если при разности потенциалов 1 В сила тока в нём 1 А.

Единицей удельного сопротивления является 1 Ом м. Удельное сопротивление металлов мало. А вот диэлектрики обладают очень большим удельным сопротивлением. Например, удельное сопротивление серебра 1,59 10 -8 Ом м, а стекла порядка 10 10 Ом м. В справочных таблицах приводятся значения удельного сопротивления некоторых веществ.

Значение закона Ома.

Из закона Ома следует, что при заданном напряжении сила тока на участке цепи тем больше, чем меньше сопротивление этого участка. Если по какой-то причине (нарушение изоляции близко расположенных проводов, неосторожные действия при работе с электропроводкой и пр.) сопротивление между двумя точками, находящимися под напряжением, оказывается очень малым, то сила тока резко возрастает (возникает короткое замыкание), что может привести к выходу из строя электроприборов и даже возникновению пожара.

Именно из-за закона Ома нельзя говорить, что чем выше напряжение, тем оно опаснее для человека. Сопротивление человеческого тела может сильно изменяться в зависимости от условий (влажности, температуры окружающей среды, внутреннего состояния человека) поэтому даже напряжение 10-20 В может оказаться опасным для здоровья и жизни человека. Следовательно, всегда необходимо учитывать не только напряжение, но и силу электрического тока. При работе в физической лаборатории нужно строго соблюдать правила техники безопасности!

Закон Ома — основа расчётов электрических цепей в электротехнике.

Говорят: «не знаешь закон Ома – сиди дома». Так давайте же узнаем (вспомним), что это за закон, и смело пойдем гулять.

Основные понятия закона Ома

Как понять закон Ома? Нужно просто разобраться в том, что есть что в его определении. И начать следует с определения силы тока, напряжения и сопротивления.

Сила тока I

Пусть в каком-то проводнике течет ток. То есть, происходит направленное движение заряженных частиц – допустим, это электроны. Каждый электрон обладает элементарным электрическим зарядом (e= -1,60217662 × 10 -19 Кулона). В таком случае через некоторую поверхность за определенный промежуток времени пройдет конкретный электрический заряд, равный сумме всех зарядов протекших электронов.

Отношение заряда к времени и называется силой тока. Чем больший заряд проходит через проводник за определенное время, тем больше сила тока. Сила тока измеряется в Амперах .

Напряжение U, или разность потенциалов

Это как раз та штука, которая заставляет электроны двигаться. Электрический потенциал характеризует способность поля совершать работу по переносу заряда из одной точки в другую. Так, между двумя точками проводника существует разность потенциалов, и электрическое поле совершает работу по переносу заряда.

Физическая величина, равная работе эффективного электрического поля при переносе электрического заряда, и называется напряжением. Измеряется в Вольтах . Один Вольт – это напряжение, которое при перемещении заряда в 1 Кл совершает работу, равную 1 Джоуль .

Сопротивление R

Ток, как известно, течет в проводнике. Пусть это будет какой-нибудь провод. Двигаясь по проводу под действием поля, электроны сталкиваются с атомами провода, проводник греется, атомы в кристаллической решетке начинают колебаться, создавая электронам еще больше проблем для передвижения. Именно это явление и называется сопротивлением. Оно зависит от температуры, материала, сечения проводника и измеряется в Омах .

Формулировка и объяснение закона Ома

Закон немецкого учителя Георга Ома очень прост. Он гласит:

Сила тока на участке цепи прямо пропорционально напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Георг Ом вывел этот закон экспериментально (эмпирически) в 1826 году. Естественно, чем больше сопротивление участка цепи, тем меньше будет сила тока. Соответственно, чем больше напряжение, тем и ток будет больше.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на

Данная формулировка закона Ома – самая простая и подходит для участка цепи. Говоря «участок цепи» мы подразумеваем, что это однородный участок, на котором нет источников тока с ЭДС. Говоря проще, этот участок содержит какое-то сопротивление, но на нем нет батарейки, обеспечивающей сам ток.

Если рассматривать закон Ома для полной цепи, формулировка его будет немного иной.

Пусть у нас есть цепь, в ней есть источник тока, создающий напряжение, и какое-то сопротивление.

Закон запишется в следующем виде:

Объяснение закона Ома для полой цепи принципиально не отличается от объяснения для участка цепи. Как видим, сопротивление складывается из собственно сопротивления и внутреннего сопротивления источника тока, а вместо напряжения в формуле фигурирует электродвижущая сила источника.

Кстати, о том, что такое что такое ЭДС , читайте в нашей отдельной статье.

Как понять закон Ома?

Чтобы интуитивно понять закон Ома, обратимся к аналогии представления тока в виде жидкости. Именно так думал Георг Ом, когда проводил опыты, благодаря которым был открыт закон, названный его именем.

Представим, что ток – это не движение частиц-носителей заряда в проводнике, а движение потока воды в трубе. Сначала воду насосом поднимают на водокачку, а оттуда, под действием потенциальной энергии, она стремиться вниз и течет по трубе. Причем, чем выше насос закачает воду, тем быстрее она потечет в трубе.

Отсюда следует вывод, что скорость потока воды (сила тока в проводе) будет тем больше, чем больше потенциальная энергия воды (разность потенциалов)

Сила тока прямо пропорциональна напряжению.

Теперь обратимся к сопротивлению. Гидравлическое сопротивление – это сопротивление трубы, обусловленное ее диаметром и шероховатостью стенок. Логично предположить, что чем больше диаметр, тем меньше сопротивление трубы, и тем большее количество воды (больший ток) протечет через ее сечение.

Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.

Такую аналогию можно проводить лишь для принципиального понимания закона Ома, так как его первозданный вид – на самом деле довольно грубое приближение, которое, тем не менее, находит отличное применение на практике.

В действительности, сопротивление вещества обусловлено колебанием атомов кристаллической решетки, а ток – движением свободных носителей заряда. В металлах свободными носителями являются электроны, сорвавшиеся с атомных орбит.

В данной статье мы постарались дать простое объяснение закона Ома. Знание этих на первый взгляд простых вещей может сослужить Вам неплохую службу на экзамене. Конечно, мы привели его простейшую формулировку закона Ома и не будем сейчас лезть в дебри высшей физики, разбираясь с активным и реактивным сопротивлениями и прочими тонкостями.

Если у Вас возникнет такая необходимость, Вам с удовольствием помогут сотрудники нашего . А напоследок предлагаем Вам посмотреть интересное видео про закон Ома. Это действительно познавательно!

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

Закон Ома записывается формулой:

Где: I — сила тока (А), U — напряжение (В), R — сопротивление (Ом).

Следует иметь в виду, что закон Ома является фундаментальным (основным) и может быть применён к любой физической системе, в которой действуют потоки частиц или полей, преодолевающие сопротивление. Его можно применять для расчёта гидравлических, пневматических, магнитных, электрических, световых, тепловых потоков.

Закон Ома определяет связь трех фундаментальных величин: силы тока, напряжения и сопротивления. Он утверждает, что сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Ток течет из точки с избытком электронов в точку с дефицитом электронов. Путь, по которому следует ток, называется электрической цепью. Все электрические цепи состоят из источника тока , нагрузки и проводников . Источник тока обеспечивает разность потенциалов , которая позволяет течь току. Источником тока может быть батарея, генератор или другое устройство. Нагрузка оказывает сопротивление протеканию тока . Это сопротивление может быть высоким или низким, в зависимости от назначения цепи. Ток в цепи течет через проводники от источника к нагрузке . Проводник должен легко отдавать электроны. В большинстве проводников используется медь.

Путь электрического тока к нагрузке может проходить через три типа цепей: последовательную цепь, параллельную или последовательно-параллельную цепи.Ток электронов в электрической цепи течет от отрицательного вывода источника тока, через нагрузку к положительному выводу источника тока.

Пока этот путь не нарушен, цепь замкнута и ток течет.

Однако если прервать путь, цепь станет разомкнутой и ток не сможет по ней идти.

Силу тока в электрической цепи можно изменять, изменяя либо приложенное напряжение, либо сопротивление цепи. Ток изменяется в таких же пропорциях, что и напряжение или сопротивление. Если напряжение увеличивается, то ток также увеличивается. Если напряжение уменьшается, то ток тоже уменьшается. С другой стороны, если сопротивление увеличивается, то ток уменьшается. Если сопротивление уменьшается, то ток увеличивается. Это соотношение между напряжением, силои тока и сопротивлением называется законом Ома.

Закон Ома утверждает, что ток в цепи (последовательной, параллельной или последовательно-параллельной) прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению

При определении неизвестных величин в цепи, следуйте следующим правилам:

1. Нарисуйте схему цепи и обозначьте все известные величины.
2. Проведите расчеты для эквивалентных цепей и перерисуйте цепь.
3. Рассчитайте неизвестные величины.

Помните: закон Ома справедлив для любого участка цепи и может применяться в любой момент. По последовательной цепи течет один и тот же ток, а к любой ветви параллельной цепи приложено одинаковое напряжение.

История закона Ома

Георг Ом, проводя эксперименты с проводником, установил, что сила тока в проводнике пропорциональна напряжению, приложенному к его концам. Коэффициент пропорциональности назвали электропроводностью, а величину принято именовать электрическим сопротивлением проводника. Закон Ома был открыт в 1826 году.

Ниже приведены анимации схем иллюстрирующих закон Ома. Обратите внимание, что (на первой картинке) Амперметр (А) является идеальным и имеет нулевое сопротивление.

Данная анимация показывает как меняется ток в цепи при изменении приложенного напряжения.

Следующая анимация показывает как меняется сила тока в цепи при изменении сопротивления.

Электрический ток. Закон Ома для участка цепи. Виды соединения проводников.

Электрический ток — упорядоченное движение заряженных частиц под действием сил электрического поля или сторонних сил.
За направление тока выбрано направление движения положительно заряженных частиц.
Электрический ток называют постоянным, если сила тока и его направление не меняются с течением времени.

Пусть цилиндрический проводник имеет поперечное сечение площадью S. За положительное направление в проводнике примем направление слева направо. Заряд каждой частицы будем считать равным q₀.

В объеме проводника, ограниченном поперечными сечениями 1 и 2 с расстоянием Δl между ними, содержится общий заряд q = q₀nSΔl. Если частицы движутся слева направо со средней скоростью v, то за время Δt = Δl / v все частицы, заключенные в рассматриваемом объеме, пройдут через поперечное сечение 2. Поэтому сила тока равна: В СИ единицей силы тока является ампер (А). Эту единицу устанавливают на основе магнитного взаимодействия токов.

Измеряют силу тока амперметрами. Принцип устройства этих приборов основан на магнитном действии тока.

Скорость упорядоченного движения электронов в проводнике. Найдем скорость упорядоченного перемещения электронов в металлическом проводнике. Согласно формуле v = I /enS, где е — модуль заряда электрона. Пусть, например, сила тока I = 1 A, а площадь поперечного сечения проводника S = 10^-6 м². Модуль заряда электрона е = 1,6•10^-19 Кл. Число электронов в 1 м³ меди равно числу атомов в этом объеме, так как один из валентных электронов каждого атома меди коллективизирован и является свободным. Это число есть n = 8,5•10²⁸ м³. Следовательно,

Очевидно, что скорость упорядоченного перемещения электронов очень мала.

Основная количественная характеристика электрического тока — сила тока. Она определяется электрическим зарядом, переносимым через поперечное сечение проводника за единицу времени. Скорость заряженных частиц (электронов) в проводнике очень мала — около 0,1 мм/с.

Условия существования постоянного электрического тока.

 Для существования постоянного электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц и наличие источника тока, в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля.

Источник тока — устройство, в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля. В источнике тока на заряженные частицы в замкнутой цепи действуют сторонние силы. Причины возникновения сторонних сил в различных источниках тока различны. Например, в аккумуляторах и гальванических элементах сторонние силы возникают благодаря протеканию химических реакций, в генераторах электростанций они возникают  при движении проводника в магнитном поле, в фотоэлементах — при действия света на электроны в металлах и полупроводниках.

Закон Ома для участка цепи.

Немецкий ученый Георг Ом в 1827 г. связал воедино три физические величины и вывел закон, который назвали его именем. Закон Ома для участка цепи гласит:

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

I=U/R,

где I – сила тока, U – напряжение, R – сопротивление.

 Последовательное и параллельное соединение проводников.

 Электрическая цепь включает в себя источника тока и проводники (потребители, резисторы и др), которые могут соединятся  последовательно или параллельно.

Смешанное соединение — комбинация  параллельного и последовательного  соединений.

Ома закон — это… Что такое Ома закон?

для участка электрической цепи (проводника), не содержащего источников эдс, устанавливает связь между силой тока в проводнике и разностью потенциалов (напряжением) на его концах: сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Ома закон для замкнутой неразветвлённой цепи: сила тока прямо пропорциональна эдс и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи. Ома закон справедлив для постоянных и квазистационарных токов. Открыт в 1826 Г. С. Омом.

О́МА ЗАКО́Н, для участка электрической цепи (проводника), не содержащего источников электродвижущей силы (см. ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА), устанавливает связь между силой тока (см. СИЛА ТОКА) в проводнике и разностью потенциалов (напряжением (см. НАПРЯЖЕНИЕ (электрическое))) на его концах.
Немецкий физик Г. Ом (см. ОМ Георг Симон) в 1826 году экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику (т. е. проводнику, в котором не действуют сторонние силы (см. СТОРОННИЕ СИЛЫ)), пропорциональна разности потенциалов между концами этого проводника (напряжению) U:
I = U/R.
Величина R (коэффициент пропорциональности) для данного проводника величина постоянная, и характеризует материал, его форму и размеры. R принято называть электрическим сопротивлением (см. СОПРОТИВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ). Это соотношение выражает закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.
Проводники, подчиняющиеся закону Ома, называются линейными. Для этого случая графическая зависимость силы тока I от напряжения U — вольт-амперная характеристика (см. ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА) (ВАХ) представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат. В общем случае зависимость между I и U нелинейна, однако, на практике всегда можно в определенном интервале напряжений считать ее линейной и применять закон Ома. Для металлов и их сплавов этот интервал очень широкий. Следует иметь в виду, что существует много материалов и устройств, не подчиняющихся закону Ома: даже у металлических проводников при достаточно больших токах наблюдается отклонение от линейного закона Ома, так как электрическое сопротивление металлических проводников растет с ростом температуры.
Чтобы в замкнутой электрической цепи проводников мог течь постоянный ток, в этой цепи должны быть участки, где действуют электрические поля неэлектростатического происхождения — источники тока, обладающие электродвижущей силой ?. Если на участке цепи помимо сопротивления имеется источник тока, имеющий внутреннее сопротивление r, то закон Ома для участка цепи приобретает вид:
I = ? /(R+ r).
Закон Ома для замкнутой цепи формулируется следующим образом:
Сила тока в замкнутой неразветвленной цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе и обратно пропорциональна полному сопротивлению всей цепи. В этом случае напряжение на внешней цепи U будет равно:
U = I R = ? — I r.
Обобщением закона Ома на случай разветвленных цепей являются правила Кирхгофа (см. КИРХГОФА ПРАВИЛА).
Закон Ома для участка цепи в дифференциальной форме связывает плотность тока j с полной напряжённостью электрического поля Е в каждой точке проводника через коэффициент , получивший название электропроводность (см. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ) :
J = sЕ.
Закон Ома в комплексной форме справедлив для синусоидальных квазистационарных токов: I = ?/z, где z — полное комплексное сопротивление, складывающееся из активного сопротивления (см. АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ) и реактивного сопротивления (см. РЕАКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ).
.

Сила тока в полной цепи прямо пропорциональна. Закон Ома для участка цепи – полное руководство для начинающих

Добавить сайт в закладки

На рисунке показана схема знакомой вам простейшей электрической цепи. Эта замкнутая цепь состоит из трех элементов:

• источника напряжения – батареи GB;
• потребителя тока – нагрузки R, которой может быть, например, нить накала электрической лампы или резистор;
• проводников, соединяющих источник напряжения с нагрузкой.

Между прочим, если эту цепь дополнить выключателем, получится полная схема карманного электрического фонаря. Нагрузка R, обладающая определенным сопротивлением, является участком цепи.

Значение тока на этом участке цепи зависит от действующего на нем напряжения и его сопротивления: чем больше напряжение и меньше сопротивление, тем большим ток будет идти по участку цепи.

Эта зависимость тока от напряжения и сопротивления выражается следующей формулой:

• I – ток, выраженный в амперах, А;
• U – напряжение в вольтах, В;
• R – сопротивление в омах, Ом.

Читается это математическое выражение так: ток на участке цепи прямо пропорционален напряжению на нем и обратно пропорционален его сопротивлению. Это основной закон электротехники, именуемый законом Ома (по фамилии Г. Ома) для участка электрической цепи. Используя закон Ома, можно по двум известным электрическим величинам узнать неизвестную третью. Вот несколько примеров практического применения закона Ома:

1. Первый пример. На участке цепи, обладающем сопротивлением 5 Ом, действует напряжение 25 В. Надо узнать значение тока на этом участке цепи. Решение: I = U/R = 25 / 5 = 5 А.
2. Второй пример. На участке цепи действует напряжение 12 В, создавая в нем ток, равный 20 мА. Каково сопротивление этого участка цепи? Прежде всего ток 20 мА нужно выразить в амперах. Это будет 0,02 А. Тогда R = 12 / 0,02 = 600 Ом.
3. Третий пример. Через участок цепи сопротивлением 10 кОм течет ток 20 мА. Каково напряжение, действующее на этом участке цепи? Здесь, как и в предыдущем примере, ток должен быть выражен в амперах (20 мА = 0,02 А), сопротивление в омах (10 кОм = 10000 Ом). Следовательно, U = IR = 0,02×10000 = 200 В.

На цоколе лампы накаливания плоского карманного фонаря выштамповано: 0,28 А и 3,5 В. О чем говорят эти сведения? О том, что лампочка будет нормально светиться при токе 0,28 А, который обусловливается напряжением 3,5 В. Пользуясь законом Ома, нетрудно подсчитать, что накаленная нить лампочки имеет сопротивление R = 3,5 / 0,28 = 12,5 Ом.

Это сопротивление именно накаленной нити лампочки, сопротивление остывшей нити значительно меньше. Закон Ома справедлив не только для участка, но и для всей электрической цепи. В этом случае в значение R подставляется суммарное сопротивление всех элементов цепи, в том числе и внутреннее сопротивление источника тока. Однако при простейших расчетах цепей обычно пренебрегают сопротивлением соединительных проводников и внутренним сопротивлением источника тока.

В связи с этим нужно привести еще один пример: напряжение электроосветительной сети 220 В. Какой ток потечет в цепи, если сопротивление нагрузки равно 1000 Ом? Решение: I = U/R = 220 / 1000 = 0,22 А. Примерно такой ток потребляет электрический паяльник.

Всеми этими формулами, вытекающими из закона Ома, можно пользоваться и для расчета цепей переменного тока, но при условии, если в цепях нет катушек индуктивности и конденсаторов.

Закон Ома и производные от него расчетные формулы достаточно легко запомнить, если пользоваться вот этой графической схемой, это так называемый треугольник закона Ома.

Пользоваться этим треугольником легко, достаточно четко запомнить, что горизонтальная линия в нем означает знак деления (по аналогии дробной черты), а вертикальная линия означает знак умножения.

Теперь следует рассмотреть такой вопрос: как влияет на ток резистор, включаемый в цепь последовательно с нагрузкой или параллельно ей? Лучше разобрать это на примере. Имеется лампочка от круглого электрического, фонаря, рассчитанная на напряжение 2,5 В и ток 0,075 А. Можно ли питать эту лампочку от батареи 3336Л, начальное напряжение которой 4,5 В?

Нетрудно подсчитать, что накаленная нить этой лампочки имеет сопротивление немногим больше 30 Ом. Если же питать ее от свежей батареи 3336Л, то через нить накала лампочки, по закону Ома, пойдет ток, почти вдвое превышающий тот ток, на который она рассчитана. Такой перегрузки нить не выдержит, она перекалится и разрушится. Но эту лампочку все же можно питать от батареи 336Л, если последовательно в цепь включить добавочный резистор сопротивлением 25 Ом.

В этом случае общее сопротивление внешней цепи будет равно примерно 55 Ом, то есть 30 Ом – сопротивление нити лампочки Н плюс 25 Ом – сопротивление добавочного резистора R. В цепи, следовательно, потечет ток, равный примерно 0,08 А, то есть почти такой же, на который рассчитана нить накала лампочки.

Эту лампочку можно питать от батареи и с более высоким напряжением и даже от электроосветительной сети, если подобрать резистор соответствующего сопротивления. В этом примере добавочный резистор ограничивает ток в цепи до нужного нам значения. Чем больше будет его сопротивление, тем меньше будет и ток в цепи. В данном случае в цепь было включено последовательно два сопротивления: сопротивление нити лампочки и сопротивление резистора. А при последовательном соединении сопротивлений ток одинаков во всех точках цепи.

Можно включать амперметр в любую точку, и всюду он будет показывать одно значение. Это явление можно сравнить с потоком воды в реке. Русло реки на различных участках может быть широким или узким, глубоким или мелким. Однако за определенный промежуток времени через поперечное сечение любого участка русла реки всегда проходит одинаковое количество воды.

Добавочный резистор, включаемый в цепь последовательно с нагрузкой, можно рассматривать как резистор, «гасящий» часть напряжения, действующего в цепи. Напряжение, которое гасится добавочным резистором или, как говорят, падает на нем, будет тем большим, чем больше сопротивление этого резистора. Зная ток и сопротивление добавочного резистора, падение напряжения на нем легко подсчитать все по той же знакомой вам формуле U = IR, здесь:

• U – падение напряжения, В;
• I – ток в цепи, A;
• R – сопротивление добавочного резистора, Ом.

Применительно к примеру резистор R (см. рис.) погасил избыток напряжения: U = IR = 0,08×25 = 2 В. Остальное напряжение батареи, равное приблизительно 2,5 В, упало на нити лампочки. Необходимое сопротивление резистора можно найти по другой знакомой вам формуле R = U/I, где:

• R – искомое сопротивление добавочного резистора, Ом;
• U – напряжение, которое необходимо погасить, В;
• I – ток в цепи, А.

Для рассматриваемого примера сопротивление добавочного резистора равно: R = U/I = 2/0,075, 27 Ом. Изменяя сопротивление, можно уменьшать или увеличивать напряжение, которое падает на добавочном резисторе, таким образом регулируя ток в цепи. Но добавочный резистор R в такой цепи может быть переменным, то есть резистором, сопротивление которого можно изменять (см. рис. ниже).

В этом случае с помощью движка резистора можно плавно изменять напряжение, подводимое к нагрузке Н, а значит, плавно регулировать ток, протекающий через эту нагрузку. Включенный таким образом переменный резистор называют реостатом. С помощью реостатов регулируют токи в цепях приемников, телевизоров и усилителей. Во многих кинотеатрах реостаты использовали для плавного гашения света в зрительном зале. Есть и другой способ подключения нагрузки к источнику тока с избыточным напряжением – тоже с помощью переменного резистора, но включенного потенциометром, то есть делителем напряжения, как показано на рисунке ниже.

Здесь R1 – резистор, включенный потенциометром, a R2 – нагрузка, которой может быть та же лампочка накаливания или какой-то другой прибор. На резисторе R1 происходит падение напряжения источника тока, которое частично или полностью может быть подано к нагрузке R2. Когда движок резистора находится в крайнем нижнем положении, к нагрузке напряжение вообще не подается (если это лампочка, она гореть не будет).

По мере перемещения движка резистора вверх мы будем подавать все большее напряжение к нагрузке R2 (если это лампочка, ее нить будет накаливаться). Когда же движок резистора R1 окажется в крайнем верхнем положении, к нагрузке R2 будет подано все напряжение источника тока (если R2 – лампочка карманного фонаря, а напряжение источника тока большое, нить лампочки перегорит). Можно опытным путем найти такое положение движка переменного резистора, при котором к нагрузке будет подано необходимое ей напряжение.

Переменные резисторы, включаемые потенциометрами, широко используют для регулирования громкости в приемниках и усилителях. Резистор может быть непосредственно подключен параллельно нагрузке. В таком случае ток на этом участке цепи разветвляется и идет двумя параллельными путями: через добавочный резистор и основную нагрузку. Наибольший ток будет в ветви с наименьшим сопротивлением.

Сумма же токов обеих ветвей будет равна току, расходуемому на питание внешней цепи. К параллельному соединению прибегают в тех cлучаях, когда надо ограничить ток не во всей цепи, как при последовательном включении добавочного резистора, а только на каком-то участке. Добавочные резисторы подключают, например, параллельно миллиамперметрам, чтобы ими можно было измерять большие токи. Такие резисторы называют шунтирующими или шунтами. Слово шунт означает ответвление.

Говорят: «не знаешь закон Ома – сиди дома». Так давайте же узнаем (вспомним), что это за закон, и смело пойдем гулять.

Основные понятия закона Ома

Как понять закон Ома? Нужно просто разобраться в том, что есть что в его определении. И начать следует с определения силы тока, напряжения и сопротивления.

Сила тока I

Пусть в каком-то проводнике течет ток. То есть, происходит направленное движение заряженных частиц – допустим, это электроны. Каждый электрон обладает элементарным электрическим зарядом (e= -1,60217662 × 10 -19 Кулона). В таком случае через некоторую поверхность за определенный промежуток времени пройдет конкретный электрический заряд, равный сумме всех зарядов протекших электронов.

Отношение заряда к времени и называется силой тока. Чем больший заряд проходит через проводник за определенное время, тем больше сила тока. Сила тока измеряется в Амперах .

Напряжение U, или разность потенциалов

Это как раз та штука, которая заставляет электроны двигаться. Электрический потенциал характеризует способность поля совершать работу по переносу заряда из одной точки в другую. Так, между двумя точками проводника существует разность потенциалов, и электрическое поле совершает работу по переносу заряда.

Физическая величина, равная работе эффективного электрического поля при переносе электрического заряда, и называется напряжением. Измеряется в Вольтах . Один Вольт – это напряжение, которое при перемещении заряда в 1 Кл совершает работу, равную 1 Джоуль .

Сопротивление R

Ток, как известно, течет в проводнике. Пусть это будет какой-нибудь провод. Двигаясь по проводу под действием поля, электроны сталкиваются с атомами провода, проводник греется, атомы в кристаллической решетке начинают колебаться, создавая электронам еще больше проблем для передвижения. Именно это явление и называется сопротивлением. Оно зависит от температуры, материала, сечения проводника и измеряется в Омах .

Формулировка и объяснение закона Ома

Закон немецкого учителя Георга Ома очень прост. Он гласит:

Сила тока на участке цепи прямо пропорционально напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Георг Ом вывел этот закон экспериментально (эмпирически) в 1826 году. Естественно, чем больше сопротивление участка цепи, тем меньше будет сила тока. Соответственно, чем больше напряжение, тем и ток будет больше.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на

Данная формулировка закона Ома – самая простая и подходит для участка цепи. Говоря «участок цепи» мы подразумеваем, что это однородный участок, на котором нет источников тока с ЭДС. Говоря проще, этот участок содержит какое-то сопротивление, но на нем нет батарейки, обеспечивающей сам ток.

Если рассматривать закон Ома для полной цепи, формулировка его будет немного иной.

Пусть у нас есть цепь, в ней есть источник тока, создающий напряжение, и какое-то сопротивление.

Закон запишется в следующем виде:

Объяснение закона Ома для полой цепи принципиально не отличается от объяснения для участка цепи. Как видим, сопротивление складывается из собственно сопротивления и внутреннего сопротивления источника тока, а вместо напряжения в формуле фигурирует электродвижущая сила источника.

Кстати, о том, что такое что такое ЭДС , читайте в нашей отдельной статье.

Как понять закон Ома?

Чтобы интуитивно понять закон Ома, обратимся к аналогии представления тока в виде жидкости. Именно так думал Георг Ом, когда проводил опыты, благодаря которым был открыт закон, названный его именем.

Представим, что ток – это не движение частиц-носителей заряда в проводнике, а движение потока воды в трубе. Сначала воду насосом поднимают на водокачку, а оттуда, под действием потенциальной энергии, она стремиться вниз и течет по трубе. Причем, чем выше насос закачает воду, тем быстрее она потечет в трубе.

Отсюда следует вывод, что скорость потока воды (сила тока в проводе) будет тем больше, чем больше потенциальная энергия воды (разность потенциалов)

Сила тока прямо пропорциональна напряжению.

Теперь обратимся к сопротивлению. Гидравлическое сопротивление – это сопротивление трубы, обусловленное ее диаметром и шероховатостью стенок. Логично предположить, что чем больше диаметр, тем меньше сопротивление трубы, и тем большее количество воды (больший ток) протечет через ее сечение.

Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.

Такую аналогию можно проводить лишь для принципиального понимания закона Ома, так как его первозданный вид – на самом деле довольно грубое приближение, которое, тем не менее, находит отличное применение на практике.

В действительности, сопротивление вещества обусловлено колебанием атомов кристаллической решетки, а ток – движением свободных носителей заряда. В металлах свободными носителями являются электроны, сорвавшиеся с атомных орбит.

В данной статье мы постарались дать простое объяснение закона Ома. Знание этих на первый взгляд простых вещей может сослужить Вам неплохую службу на экзамене. Конечно, мы привели его простейшую формулировку закона Ома и не будем сейчас лезть в дебри высшей физики, разбираясь с активным и реактивным сопротивлениями и прочими тонкостями.

Если у Вас возникнет такая необходимость, Вам с удовольствием помогут сотрудники нашего . А напоследок предлагаем Вам посмотреть интересное видео про закон Ома. Это действительно познавательно!

Закон Ома часто называют основным законом электричества. Открывший его в 1826 г. известный немецкий физик Георг Симон Ом установил зависимость между основными физическими величинами электрической цепи – сопротивлением, напряжением и силой тока.

Электрическая цепь

Чтобы лучше понять смысл закона Ома, нужно представлять, как устроена электрическая цепь.

Что же такое электрическая цепь? Это путь, который проходят электрически заряженные частицы (электроны) в электрической схеме.

Чтобы в электрической цепи существовал ток, необходимо наличие в ней устройства, которое создавало бы и поддерживало разность потенциалов на участках цепи за счёт сил неэлектрического происхождения. Такое устройство называется источником постоянного тока , а силы — сторонними силами .

Электрическую цепь, в которой находится источник тока, называют полной электрической цепью . Источник тока в такой цепи выполняет примерно такую же функцию, что и насос, перекачивающий жидкость в замкнутой гидравлической системе.

Простейшая замкнутая электрическая цепь состоит из одного источника и одного потребителя электрической энергии, соединённых между собой проводниками.

Параметры электрической цепи

Свой знаменитый закон Ом вывел экспериментальным путём.

Проведём несложный опыт.

Соберём электрическую цепь, в которой источником тока будет аккумулятор, а прибором для измерения тока – последовательно включенный в цепь амперметр. Нагрузкой служит спираль из проволоки. Напряжение будем измерять с помощью вольтметра, включенного параллельно спирали. Замкнём с помощью ключа электрическую цепь и запишем показания приборов.

Подключим к первому аккумулятору второй с точно таким же параметрами. Снова замкнём цепь. Приборы покажут, что и сила тока, и напряжение увеличились в 2 раза.

Если к 2 аккумуляторам добавить ещё один такой же, сила тока увеличится втрое, напряжение тоже утроится.

Вывод очевиден: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению, приложенному к концам проводника .

В нашем опыте величина сопротивления оставалась постоянной. Мы меняли лишь величину тока и напряжения на участке проводника. Оставим лишь один аккумулятор. Но в качестве нагрузки будем использовать спирали из разных материалов. Их сопротивления отличаются. Поочерёдно подключая их, также запишем показания приборов. Мы увидим, что здесь всё наоборот. Чем больше величина сопротивления, тем меньше сила тока. Сила тока в цепи обратно пропорциональна сопротивлению .

Итак, наш опыт позволил нам установить зависимость силы тока от величины напряжения и сопротивления.

Конечно, опыт Ома был другим. В те времена не существовало амперметров, и, чтобы измерить силу тока, Ом использовал крутильные весы Кулона. Источником тока служил элемент Вольта из цинка и меди, которые находились в растворе соляной кислоты. Медные проволоки помещались в чашки со ртутью. Туда же подводились концы проводов от источника тока. Проволоки были одинакового сечения, но разной длины. За счёт этого менялась величина сопротивления. Поочерёдно включая в цепь различные проволоки, наблюдали за углом поворота магнитной стрелки в крутильных весах. Собственно, измерялась не сама сила тока, а изменение магнитного действия тока за счёт включения в цепь проволок различного сопротивления. Ом называл это «потерей силы».

Но так или иначе эксперименты учёного позволили ему вывести свой знаменитый закон.

Георг Симон Ом

Закон Ома для полной цепи

Между тем, формула, выведенная самим Омом, выглядела так:

Это не что иное, как формула закона Ома для полной электрической цепи: « Сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений внешней цепи и внутреннего сопротивления источника ».

В опытах Ома величина Х показывала изменение величины тока. В современной формуле ей соответствует сила тока I , протекающего в цепи. Величина а характеризовала свойства источника напряжения, что соответствует современному обозначению электродвижущей силы (ЭДС) ε . Значение величины l зависело от длины проводников, соединявших элементы электрической цепи. Эта величина являлась аналогией сопротивления внешней электрической цепи R . Параметр b характеризовал свойства всей установки, на которой проводился опыт. В современной обозначении это r – внутреннее сопротивление источника тока.

Как выводится современная формула закона Ома для полной цепи?

ЭДС источника равна сумме падений напряжений на внешней цепи (U ) и на самом источнике (U 1 ).

ε = U + U 1 .

Из закона Ома I = U / R следует, что U = I · R , а U 1 = I · r .

Подставив эти выражения в предыдущее, получим:

ε = I · R + I · r = I · (R + r) , откуда

По закону Ома напряжение во внешней цепи равно произведению силы тока на сопротивление. U = I · R . Оно всегда меньше, чем ЭДС источника. Разница равна величине U 1 = I · r .

Что происходит при работе батарейки или аккумулятора? По мере того, как разряжается батарейка, растёт её внутренне сопротивление. Следовательно, увеличивается U 1 и уменьшается U .

Полный закон Ома превращается в закон Ома для участка цепи, если убрать из него параметры источника.

Короткое замыкание

А что произойдёт, если сопротивление внешней цепи вдруг станет равно нулю? В повседневной жизни мы можем наблюдать это, если, например, повреждается электрическая изоляция проводов, и они замыкаются между собой. Возникает явление, которое называется коротким замыканием . Ток, называемый током короткого замыкания , будет чрезвычайно большим. При этом выделится большое количество теплоты, которое может привести к пожару. Чтобы этого не случилось, в цепи ставят устройства, называемые предохранителями. Они устроены так, что способны разорвать электрическую цепь в момент короткого замыкания.

Закон Ома для переменного тока

В цепи переменного напряжения кроме обычного активного сопротивления встречается реактивное сопротивление (ёмкости, индуктивности).

Для таких цепей U = I · Z , где Z — полное сопротивление, включающее в себя активную и реактивную составляющие.

Но большим реактивным сопротивлением обладают мощные электрические машины и силовые установки. В бытовых приборах, окружающих нас, реактивная составляющая настолько мала, что её можно не учитывать, а для расчётов использовать простую форму записи закона Ома:

I = U / R

Мощность и закон Ома

Ом не только установил зависимость между напряжением, током и сопротивлением электрической цепи, но и вывел уравнение для определения мощности:

P = U · I = I 2 · R

Как видим, чем больше ток или напряжение, тем больше мощность . Так как проводник или резистор не является полезной нагрузкой, то мощность, которая приходится на него, считается мощностью потерь. Она идёт на нагревание проводника. И чем больше сопротивление такого проводника, тем больше теряется на нём мощности. Чтобы уменьшить потери от нагревания, в цепи используют проводники с меньшим сопротивлением. Так делают, например, в мощных звуковых установках.

Вместо эпилога

Небольшая подсказка для тех, кто путается и не может запомнить формулу закона Ома.

Разделим треугольник на 3 части. Причём, каким образом мы это сделаем, совершенно неважно. Впишем в каждую из них величины, входящие в закон Ома — так, как показано на рисунке.

Закроем величину, которую нужно найти. Если оставшиеся величины находятся на одном уровне, то их нужно перемножить. Если же они располагаются на разных уровнях, то величину, расположенную выше, необходимо разделить на нижнюю.

Закон Ома широко применяется на практике при проектировании электрических сетей в производстве и в быту.

Если увеличить в несколько раз напряжение, действующее в электрической цепи, то ток в этой цепи увеличится во столько же раз. А если увеличить в несколько раз сопротивление цепи, то ток во столько же раз уменьшится. Подобно этому водяной поток в трубе тем больше, чем сильнее давление и чем меньше сопротивление, которое оказывает труба движению воды.

Чтобы выразить закон Ома математически наиболее просто, считают, что сопротивление проводника, в котором при напряжении 1 В проходит ток 1 А, равно 1 Ом.

Ток в амперах можно всегда определить, если разделить напряжение в вольтах на сопротивление в омах. Поэтому закон Ома для участка цепи записывается следующей формулой:

Расчеты, выполняемые с помощью закона Ома для участка цепи, будут правильны в том случае, когда напряжение выражено в вольтах, сопротивление в омах и ток в амперах. Если используются кратные единицы измерений этих величин (например, миллиампер, милливольт, мегаом и т. д.), то их следует перевести соответственно в амперы, вольты и омы. Чтобы подчеркнуть это, иногда формулу закона Ома для участка цепи пишут так:

ампер = вольт/ом

Можно также рассчитывать ток в миллиамперах и микроамперах, при этом напряжение должно быть выражено в вольтах, а сопротивление — в килоомах и мегаомах соответственно.

Закон Ома справедлив для любого участка цепи. Если требуется определить ток в данном участке цепи, то необходимо напряжение, действующее на этом участке (рис. 1), разделить на сопротивление именно этого участка.

Рис 1. Применение закона Ома для участка цепи

Приведем пример расчета тока по закону Ома . Пусть требуется определить ток в лампе, имеющей сопротивление 2,5 Ом, если напряжение, приложенное к лампе, составляет 5 В. Разделив 5 В на 2,5 Ом, получим значение тока, равное 2 А. Во втором примере определим ток, который будет протекать под действием напряжения 500 В в цепи, сопротивление которой равно 0,5 МОм. Для этого выразим сопротивление в омах. Разделив 500 В на 500 000 Ом, найдем значение тока в цепи, которое равно 0,001 А или 1 мА.

Часто, зная ток и сопротивление, определяют с помощью закона Ома напряжение. Запишем формулу для определения напряжения

Из этой формулы видно, что напряжение на концах данного участка цепи прямо пропорционально току и сопротивлению . Смысл этой зависимости понять нетрудно. Если не изменять сопротивление участка цепи, то увеличить ток можно только путем увеличения напряжения. Значит при постоянном сопротивлении большему току соответствует большее напряжение. Если же надо получить один и тот же ток при различных сопротивлениях, то при большем сопротивлении должно быть соответственно большее напряжение.

Напряжение на участке цепи часто называют падением напряжения . Это нередко приводит к недоразумению. Многие думают, что падение напряжения есть какое-то потерянное ненужное напряжение. В действительности же понятия напряжение и падение напряжения равнозначны.

Расчет напряжения с помощью закона Ома можно показать на следующем примере. Пусть через участок цепи с сопротивлением 10 кОм проходит ток 5 мА и требуется определить напряжение на этом участке.

Умножив I = 0,005 А на R -10000 Ом, получим напряжение,равное 50 В. Можно было бы получить тот же результат, умножив 5 мА на 10 кОм: U = 50 В

В электронных устройствах ток обычно выражается в миллиамперах, а сопротивление — в килоомах. Поэтому удобно в расчетах по закону Ома применять именно эти единицы измерений.

По закону Ома рассчитывается также сопротивление, если известно напряжение и ток. Формула для этого случая пишется следующим образом: R = U/I.

Сопротивление всегда представляет собой отношение напряжения к току. Если напряжение увеличить или уменьшить в несколько раз, то ток увеличится или уменьшится в такое же число раз. Отношение напряжения к току, равное сопротивлению, остается неизменным.

Не следует понимать формулу для определения сопротивления в том смысле, что сопротивление данного проводника зависит оттока и напряжения. Известно, что оно зависит от длины, площади сечения и материала проводника. По внешнему виду формула для определения сопротивления напоминает формулу для расчета тока, но между ними имеется принципиальная разница. Ток в данном участке цепи действительно зависит от напряжения и сопротивления и изменяется при их изменении. А сопротивление данного участка цепи является величиной постоянной, не зависящей от изменения напряжения и тока, но равной отношению этих величин.

Когда один и тот же ток проходит в двух участках цепи, а напряжения, приложенные к ним, различны, то ясно, что участок, к которому приложено большее напряжение, имеет соответственно большее сопротивление. А если под действием одного и того же напряжения в двух разных участках цепи проходит различный ток, то меньший ток всегда будет на том участке, который имеет большее сопротивление. Все это вытекает из основной формулировки закона Ома для участка цепи, т. е. из того, что ток тем больше, чем больше напряжение и чем меньше сопротивление.

Расчет сопротивления с помощью закона Ома для участка цепи покажем на следующем примере. Пусть требуется найти сопротивление участка, через который при напряжении 40 В проходит ток 50 мА. Выразив ток в амперах, получим I = 0,05 А. Разделим 40 на 0,05 и найдем, что сопротивление составляет 800 Ом.

Закон Ома можно наглядно представить в виде так называемой вольт-амперной характеристики . Как известно, прямая пропорциональная зависимость между двумя величинами представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат. Такую зависимость принято называть линейной .

Закон Ома.

I = U/ R

Где U – напряжение концов участка,I– сила тока, R– сопротивление проводника.

R = U / I

Эти формулы справедливы лишь когда сеть испытывает на себе одно сопротивление.

Условием движения электрических зарядов в проводнике является наличие в нем электрического поля, которое создается и поддерживается особыми устройствами, получившими название источников тока .

Основной величиной, характеризующей источник тока, является его электродвижущая сила.

Электродвижущей силой источника (сокращенно ЭДС) называется скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил, способных создавать на зажимах источника (полюсах) разность потенциалов.

Она равна работе сторонних сил по перемещению заряженной частицы с положительным единичным зарядом от одного полюса источника к другому, т.е.

В СИ ЭДС измеряется в вольтах (В), т.е. в тех же единицах, что и напряжение.

Сторонние силы источника – это силы, которые осуществляют разделение зарядов в источнике и тем самым создают на его полюсах разность потенциалов. Эти силы могут иметь различную природу, но только не электрическую (отсюда и название) — Механические силы, химическая среда в аккумуляторе; световой поток в фотоэлементах.

Направление ЭДС — это направление принудительного движения положительных зарядов внутри генератора от минуса к плюсу под действием иной, чем электрическая, природы.

Внутреннее сопротивление генератора это сопротивление конструктивных элементов внутри него.

Если электрическую цепь разделить на два участка – внешний, с сопротивлением R , и внутренний, с сопротивлением r , то ЭДС источника тока окажется равной сумме напряжений на внешнем и внутреннем участках цепи:

По закону Ома напряжение на любом участке цепи определяется величиной протекающего тока и его сопротивлением:

Так как , следовательно

, (3)

т.е. напряжение на полюсах источника при замкнутой цепи зависит от соотношения сопротивлений внутреннего и внешнего участков цепи. Если приблизительно равно U .

Электрическое сопротивление.

Свойство материала проводника препятствовать прохождению через него электрического тока называется электрическим сопротивлением.

Из закона Ома: R = U / I

За единицу электрического сопротивления принят 1Ом .

Сопротивлением 1 Ом обладает проводник, в котором при напряжении 1 В проходит ток 1 А.

Величина, обратная сопротивлению, называется электрической проводимостью :

Единицей проводимости является сименс :

Величина, обратная удельной проводимости, называется удельным сопротивлением р, т. е.

Увеличение температуры сопровождается усилением хаотического теплового движения частиц вещества, что приводит к увеличению числа столкновений электронов с ними и затрудняет упорядоченное движение электронов.

Сопротивление – резистор.

Метод узловых потенциалов.

Пример 2.7.4.

Определить значения и направления токов в ветвях методом узловых потенциалов для цепи рис. 2.7.4, если:

Е1=108 В; Е2=90 В; Ri1=2 Ом; Ri2=1 Ом; R1=28 Ом; R2=39 Ом; R3=60 Ом.

Решение.

Определяем токи в ветвях.

Метод двух узлов.

Одним из распространенных методов расчета электрических цепей является метод двух узлов .Этот метод применяется в случае, когда в цепи всего два узла

Метод контурных токов.

Алгоритм действий таков:

По второму закону Кирхгофа, относительно контурных токов, составляем уравнения для всех независимых контуров. При записи равенства считать, что направление обхода контура, для которого составляется уравнение, совпадает с направлением контурного тока данного контура. Следует учитывать и тот факт, что в смежных ветвях, принадлежащих двум контурам, протекают два контурных тока. Падение напряжения на потребителях в таких ветвях надо брать от каждого тока в отдельности.

Произвольно задаемся направлением реальных токов всех ветвей и обозначаем их. Маркировать реальные токи надо таким образом, чтобы не путать с контурными. Для нумерации реальных токов можно использовать одиночные арабские цифры (I1, I2, I3 и т. д.).

При алгебраическом суммировании без изменения знака берется контурный ток, направление которого совпадает с принятым направлением реального тока ветви. В противном случае контурный ток умножается на минус единицу.

Пример расчёта сложной цепи методом контурных токов.

Рис. 1. Схема электрической цепи для примера расчета по методу контурных токов

Решение. Для расчета сложной цепи этим методом достаточно составить два уравнения, по числу независимых контуров. Контурные токи направляем по часовой стрелке и обозначаем I11 и I22 (см. рисунок 1).

По второму закону Кирхгофа относительно контурных токов составляем уравнения:

Решаем систему и получаем контурные токи I11 = I22 = 3 А.

Следует отметить, как положительный факт, что в методе контурных токов по сравнению с решением по законам Кирхгофа приходится решать систему уравнений меньшего порядка. Однако этот метод не позволяет сразу определять реальные токи ветвей.

Закон Ома.

Согласно закону Ома для некоторого участка цепи, сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах участка и обратно пропорциональна сопротивлению.

Закон Ома для участка цепи

Тип урока: Комбинированный.

Вид урока: Изучение нового материала.

Цели урока:

Образовательная: установить зависимость между силой тока, напряжением на однородном участке электрической цепи и сопротивлением этого участка.

Развивающая:

• развивать умения наблюдать, сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты экспериментов;
• продолжить формирование умений пользоваться теоретическими и экспериментальными методами физической науки для обоснования выводов по изучаемой теме и для решения задач.

Воспитательная: развивать познавательный интерес к предмету, тренировка рационального метода запоминания формул.

Задачи урока.

• Усвоить, что сила тока прямо пропорциональна напряжению на концах проводника, если при этом сопротивление проводника не меняется;
• Усвоить, что сила в участке цепи обратно пропорциональна его сопротивлению, если при этом напряжение остается постоянным;
• Знать закон Ома для участка цепи;
• Уметь определять силу тока; напряжения по графику зависимости между этими величинами и по нему же – сопротивление проводника;
• Уметь наблюдать, сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты демонстрационного эксперимента;
• Уметь применять закон Ома для участка цепи при решении задач;
• Отрабатывать навыки проверки размерности;
• Отрабатывать навыки соотношения полученных результатов с реальными значениями величин.

Оборудование.

Демонстрационные амперметр и вольтметр, источник тока В-24, ключ, соединительные провода, демонстрационный магазин сопротивления, ТСО, экран, магнитная доска, магниты, портрет Ома, таблицы с формулами.

Ход урока

1. Организационный момент.

Учитель: Здравствуйте, садитесь (дежурный, отсутствующие).

2. Этап актуализации знаний.

С целью проверки качества усвоения знаний проводится дидактическая игра “Проверь себя!”. Игра состоит из двух частей. В первой части работы дети выбирают обозначение, формулу, единицы измерения, прибор для измерения одной из основных характеристик тока. Во второй части учащиеся заполняют пропуски в таблице. Класс делится на три варианта. Каждому варианту дается определенное задание. Оценивание работ проводится методом взаимопроверки.

3. Мотивационный этап.

На предыдущих занятиях мы рассмотрели три величины, с которыми мы имеем дело в любой электрической цепи, – это … (Сила тока, напряжение и сопротивление). Но в жизни и на практике недостаточно знать в отдельности физические величины, характеризующие электрические цепи, их надо рассматривать во взаимозависимости. Вот взаимозависимость мы и будем раскрывать сегодня на уроке.

Запишите тему нашего урока: “Закон Ома для участка цепи”.

О значении исследований Георга Ома точно сказал профессор физики Мюнхенского университета Ломмель Эуген Корнелиус Йозеф при открытии памятника ученому в 1895 году “Открытие Ома было ярким факелом, осветившим ту область электричества, которая до него была окутана мраком. Ом указал единственно правильный путь через непроходимый лес непонятных фактов. Замечательные успехи в развитии электротехники, за которыми мы с удивлением наблюдали в последние десятилетия, могли быть достигнуты только на основе открытия Ома. Лишь тот в состоянии господствовать над силами природы и управлять ими, кто сумеет разгадать законы природы. Ом вырвал у природы так долго скрываемую тайну и передал ее в руки современников”.

Вопрос: Какую так долго скрываемую тайну Ом вырвал у природы и передал ее в руки современников? Давайте же выясним это.

4. Этап изучения нового материала.

На сегодняшнем уроке нам необходимо решить следующую задачу: выяснить, как зависит сила тока на участке цепи от приложенного напряжения и величины сопротивления одновременно. Это является главной целью нашего урока.

Итак, работу на сегодняшнем уроке будем проводить по этапам.

1) Сначала установим зависимость силы тока от напряжения, запишем математически эту зависимость и проверим на опыте.

2) Установим зависимости между силой тока и сопротивлением, при постоянном напряжении; запишем результаты в таблицу, сделаем вывод о характере этой зависимости.

3) Сделаем общий вывод о том, как зависит сила тока одновременно от напряжения и сопротивления, т.е. решим основную задачу урока.

Этапы:

1. Установим зависимость силы тока от напряжения на опыте.

а) На демонстрационной доске собрана цепь: источник тока, реостат, амперметр, резистор, вольтметр, ключ.

б) Чертим схему цепи на доске.

в) Включаю цепь. Вольтметр показывает 2В. Какую силу тока показывает амперметр? 0,4А.

Увеличиваю напряжение до – 3В. Изменились ли показания амперметра? Да, сила тока в цепи 0,6А.

Увеличиваю напряжение до – 4В. Как изменилась сила тока? Увеличилась, сила тока в цепи 0,8А.

Запишем полученные результаты в таблицу и начертим график:

U, В	2В	3В	4В
I, А	0,4А	0,6А	0,8А

Увеличивается напряжение, сила тока тоже увеличивается – I U.

Изменилось ли сопротивление проводника? Нет, оно постоянно: R= cons t.

Вывод 1. При R=const, I ~ U.

2.

Установим зависимость между силой тока и сопротивлением.

а) Подумайте и скажите: будет ли одинаковой сила тока в проводнике с большим сопротивлением и в проводнике с маленьким сопротивлением? Сила тока будет разная. А в каком случае сила тока будет меньше? Где больше R.

б) Итак, давайте убедимся в этом на опыте. На столе собрана цепь: источник тока, магазин сопротивлений, амперметр, вольтметр, ключ.

б) Чертим схему цепи на доске.

в) Установим зависимость между I и R, при U=const. Начертим таблицу в тетрадь и будем ее заполнять по ходу опыта.

U, В	5В	5В	5В
R, Ом	4Ом	2Ом	1Ом
I, А	1А	2А	4А

Сейчас общее сопротивление составляет 4 Ом, подано напряжение 5В. Какой ток в цепи? I = 1 А

Уменьшаем сопротивление до 2 Ом, не меняя напряжение, какой ток в цепи сейчас? I = 2 А. Теперь сопротивление равно1 Ом, напряжение по прежнему не меняем. Как изменилась сила тока? I = 4 А

Итак, глядя на таблицу, что можно сказать о зависимости между силой тока и сопротивлением? Начертим график.

Вывод 2: При U= const I 1/R

3.

Сделаем общий вывод о том, как зависит сила тока I одновременно от U и R.

Мы уже знаем две зависимости. И теперь мы объединим эти зависимости в одну формулу. Мы получим с вами один из основных законов электрического тока, который называется законом Ома:

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна сопротивлению этого же участка.

“Ом вырвал у природы так долго скрываемую тайну и передал ее в руки современников” в 1827 году. Ему было 38 лет.

Пользуясь этим законом, мы можем рассчитать силу тока, зная напряжение и сопротивление, то есть, зная две величины, мы всегда можем найти третью.

5. Этап применения нового знания

Итак, ребята, между какими величинами устанавливает зависимость закон Ома?

• между силой тока, напряжением и сопротивлением.

Как зависит сила тока от напряжения?

• Прямо пропорционально.

Как зависит сила тока от сопротивления?

• обратно пропорционально.

Как формулируется закон Ома?

Давайте решим задачи:

• на графики зависимости;
• комбинированная задача.

1.

2. 

6. Первичная проверка полученных знаний

С целью проверки усвоения первичных знаний используются две задачи. Класс делится на два варианта. На доске высвечиваются условия задач. Проверка производится методом взаимопроверки.

7. Домашнее задание:

1. §§43, 44. Прочитать;

2. Упр. 20 (1, 2, 3) стр.88; Упр. 21 (2, 4, 6, 7) стр. 91.

3. Подготовить историческую справку об ученых, чьи имена очень тесно связаны с законом Ома.

Литература:

А.В. Пёрышкин //Учебник для образовательных учреждений//Физика 8 класс//Москва, Дрофа, 2004.

А.В. Усова//Самостоятельная работа учащихся по физике в средней школе//Москва, Просвещение, 1981.

Р.Д. Минькова, Е.Н. Панаиоти//Теоритическое и поурочное планирование по физике//Москва, Экзамен, 2004.

Л.И. Резников//Графический метод в преподавании физики//Учпедгиз//1960.

В.П. Орехова, А.В. Усова//Преподавание физики//Москва, Просвещение, 1998.

М.Е. Тульчинский. Качественные задачи по физике в 6 – 7 классах. Пособие для учителей. – М.:Просвещение, 1976. – 127 с.

http://scilib.narod.ru/Technics/Ilyin_1953/Ilyin1953.htm

http://rumahkimia.wordpress.com

http://nauka.relis.ru/40/0103/hitr-2.GIF

http://tvnovotech.ru/elka72/news.php?post=389

http://diod.ucoz.ru/load

http://www.edu.delfa.net/Interest/biography/l/lommel.htm

Презентация

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению — Студопедия

Измерение сопротивления проводника: R =U/I→ 1 Ом = 1 В/1 А.

Электрическое сопротивление (R) — свойство электри­ческой цепи (проводника) противодействовать протекающему по ней электрическому току, измеряемое при постоянном напряжении на его концах отношением этого напряжения к силе тока.

Природа электрического сопротивления на основе электронных представ­лений о строении вещества: «потеря» упорядоченного движения свобод­ными заряженными частицами в проводнике при их взаимодействии с ионами кристаллической решетки.

Зависимость электрического сопротивления проводника от его длины (реостаты), поперечного сечения и материала. Удельное сопротивление материала проводника: .

Вопрос: Почему сопротивление проводника зависит от его длины, площа­ди поперечного сечения и материала?

Для провода = , где — удельная электрическая проводимость.

— (закон Ома в дифференциальной форме) — устанавливает связь между величинами для каждой точки проводника.

Демонстрация зависимости сопротивления проводника от его температуры (малый накал). Температурный коэффициент сопротивления.

Границы применимости закона Ома.

IV. Задачи:

1. Определите электрический заряд, прошедший через попереч­ное сечение проводника сопротивлением 3 Ом при равномерном нарастании напряжения на концах проводника от 2 В до 4 В в течение 20 с.

2. Определить площадь поперечного сечения и длину проводник из алюминия, если его сопротивление 0,1 Ом, а масса 54 г.

1. Вольфрамовая нить электрической лампы имеет сопротивление 484 Ом при температуре 2100⁰С. Определите сопротивление нити при 20°С.
2. Найти разность потенциалов между точками а и б в цепи. Параметры схемы: U = 10 В, R₁ = 1 Ом, R₂ = 4 Ом, С₁ = 1 мкФ, С₂ = 4 мкФ.
3. Длинный цилиндр, изготовленный из изолятора, покрыт по боковой поверхности тонким проводящим слоем. Во сколько раз увеличится сопротивление этого слоя, если тонким резцом прорезать его проводящий слой по винтовой линии, идущей под углом к образующей цилиндра?

Вопросы:

1. Объясните, позему сопротивление проволоки зависит от его материала, длины и площади поперечного сечения.

2. Как отрезать кусок провода сопротивлением 5 Ом?

3. Длину медной проволоки вытягиванием увеличили вдвое. Как измени­лось ее сопротивление?

4. Почему сопротивление кожи человека зависит от ее состояния, площади контакта, приложенного напряжения, длительности протекания тока?

5. Изменится ли сопротивление вольфрамового волоска электрической лампы, рассчитанной на 120 В, если присоединить ее к источнику тока с напряжением 4 В?

6. Высота плотины – электрическое напряжение, расход воды из отверстия у основании плотины – сила тока. Удачна ли эта аналогия?

V. § 54 Упр. 10 № 3

1. Предложите конструкцию и рассчитайте параметры реостата (материал провода, длина, площадь поперечного сечения), сопротивление которого можно плавно изменять от 0 до 100 Ом при максимальной силе электри­ческого тока до 2 А.

2. Как изменяется сопротивление проволоки при ее растяжении? Попробуйте установить эту зависимость в пределах упругих деформаций. Предложите конструкцию и рассчитайте параметры прибора (тензодатчика), пред­назначенного для измерения механического напряжения.

Дополнительная информация: Тензорезистивный эффект – изменение сопротивления материала при деформации (недавно созданные материалы из алюминия и кремния изменяют свое сопротивление при ударе почти в 900 раз).

3. Предложите конструкцию и опишите электрическую схему прибора для установления зависимости удельного сопротивления проводника от температуры (можно с реостатом).

4. Измерьте удельное сопротивление воды при комнатной температуре и при температуре кипения.

«Непосредственный опыт всегда очевиден, и из него в кратчайшее время можно извлечь пользу».

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 «ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА ПРОВОДНИКА»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Научить учеников с заданной точностью измерять удельное сопротивление материала проводника.

ТИП УРОКА: лабораторная работа.

ОБОРУДОВАНИЕ: Источник тока, амперметр и вольтметр лабораторные, ключ, реостат, линейка ученическая, проводник на колодке, соединительные провода, штангенциркуль (микрометр).

ПЛАН УРОКА: 1. Вступительная часть 1-2 мин

2. Вводный инструктаж 5 мин

3. Выполнение работы 30 мин

4. Задание на дом 2-3 мин

II. Схема лабораторной установки на доске. Как измерить сопротивление проводника; площадь поперечного сечения проволоки; длину проводника?

Относительная и абсолютная погрешность при измерении удельного сопротивления:

III. Выполнение работы:

№ п/п	Uпр, В	Iпр, А	ℓпр, м	dпр, м	пр, Ом·м
1.

IV.

«…проводящая способность металлов меняется с изменением тем­пературы и уменьшается в том же отношении, в котором растет температура»

Гемфри Дэви

Закон Ома для участка цепи

Тема: Закон Ома для участка цепи

Цели урока:

Образовательная: раскрыть взаимозависимость силы тока, напряжения и сопротивления на участке электрической цепи.

Развивающая:

• 
  развивать умения сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты экспериментов;
  
• 
  продолжить формирование умений пользоваться теоретическими и экспериментальными методами физической науки для обоснования выводов по изучаемой теме и для решения задач.
  

Воспитательная: развивать познавательный интерес к предмету, тренировка рационального метода запоминания формул.

Задачи урока.

• 
  Усвоить, что сила тока прямо пропорциональна напряжению на концах проводника, если при этом сопротивление проводника не меняется;
  

• 
  Усвоить, что сила в участке цепи обратно пропорциональна его сопротивлению, если при этом напряжение остается постоянным;
  

• 
  Уметь определять силу тока; напряжения по графику зависимости между этими величинами и по нему же – сопротивление проводника;
  

• 
  Уметь наблюдать, сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты демонстрационного эксперимента;
  

• 
  Уметь применять закон Ома для участка цепи при решении задач;
  

• 
  Отрабатывать навыки проверки размерности;
  

Тип урока: урок изучения нового материала
Вид урока: смешанный
Оборудование: учебник, рабочая тетрадь, флипчарт, GLX Хplorer, Activote, карточки, схема зарядки/разрядки, карта урока

Литература: 1. Физика. Учебник для 8классов общеобразовательных школ – Алматы: Издательство «Мектеп», 2008. – с.15
План урока:

І. Организационный момент (1мин).

ІІ. Фронтальный опрос (10 мин)

ІІІ. Изучение нового материала (15мин).

ІV. Закрепление знаний, умений, навыков(11мин).

V. Проверка понимая (4мин)

VІ. Подведение итогов урока, оценка работ учащихся.(2мин)

VІІ. Домашнее задание.(2 мин)
І. Организационный момент.

Изучая тему “электрические явления”, вы знаете на данном этапе основные величины, характеризующие электрические цепи.. Вот взаимозависимость мы и будем раскрывать сегодня на уроке.

ІІ. Фронтальный опрос

3 учащихся работают на карточках

Карточка №1(слабый учащийся)

Соотнеси величины и единицы их измерения, обозначения

В	Заряд	A
А	Сила тока	q
Кл	Время	T
Дж	Напряжение	I
с	Работа	U

Карточка №2

Переведи величины

12мА=…А (1,2·10¹·10^-3=1,2·10^-2А)

3кВ=…В (3·10^-3)

0,05мкА=…А (5·10^-2·10^-6=5·10^-8А)

320мА=…А (3,2·10²·10^-3=3,2·10^-1А)

0,1кВ=…В (10^-1*10³=10² В)

1,5мВ=1,5*10^-3В

400мА=0,4А

Карточка №3 Какое количество электричества протекает через катушку гальванометра, включенного в цепь на 2 мин, если сила тока в цепи 12мА

Работа с классом

1. 
   Дидактическая игра. Нажимаем на знаки вопроса. Задание: помоги герою добраться до точки назначения. Класс отвечает на аудио вопросы (Цель повторить понятия: электрический ток, источники тока, сила тока, напряжение)
   
2. 
   Назовите основные элементы электрической цепи? Достройте электрическую цепь. Распределите названия элементов эл. цепи
   

ІІ. Проверка домашнего задания

Амперметр показывает силу тока в цепи 1,5А, а вольтметр – напряжение на этом участке 24В. Чему равна работа совершенная током за 10мин? Выносим из-за края решение задачи потянув за букву Ж

Ребята решили вы вторую задачу? Почему?

ІІІ. Изучение нового материала.

Сегодня мы перед собой поставим основную цель: раскрыть взаимозависимость силы тока, напряжения электрической цепи. Они связаны между собой законом, носящим имя Ома.

Данный закон немецкий физик Георг Ом открыл в 1827 году.

Историческая справка (компьютерный фильм)Нажать на портрет :

Мы постараемся выяснить, как зависит сила тока от напряжения в участке цепи при постоянном сопротивлении этого участка и как сила тока зависит от сопротивления проводника, при постоянном напряжении на его концах.

Для этого разобьёмся на 4 группы: каждая группа будет находить зависимость сила тока от напряжения на участке цепи при постоянном сопротивлении. 3 группы работают на столах, одна группа работает с Data Studio(сильные учащиеся) . Выполняют три прогона с различными сопротивлениями. Распечатывая итоговый график содержащий три графика.

На столах у вас есть все необходимое оборудование, а также схемы эксперимента и таблицы, которые необходимо заполнить. В каждой группе находится спикер, который уже знаком с этой работой.

Закон Ома

Цель: Определить зависимость между напряжением и силой тока в электрической цепи.

Введение: Закон Ома утверждает, что напряжение прямо пропорционально силе тока. Если объект подчиняется закону Ома, его сопротивление будет постоянным для всех значений напряжения (или силы тока) при условии, что температура не изменяется.

Техника безопасности

Резистор может быть очень горячим. Не касайтесь резистора, когда цепь замкнута.
Приборы для сбора данных:

Расположите датчик напряжения и силы тока, две батарейки и шнуры, как показано на рис. 1.

1 группа

 

2 группа

3 группа

Соедините датчик напряжения и силы тока к порту в верхней части GLX. Включите GLX.

Нажмите кнопку Домой, затем — F1 для показа графика.

Нажмите кнопку Активировать, затем выберите измерение по вертикальной оси. Вновь нажмите кнопку Активировать, выберите ‘Напряжение’ из выпадающего меню. Далее нажмите кнопку Активировать и выберите измерение по горизонтальной оси. Вновь нажмите Активировать и выберите ‘Силу тока’ из выпадающего меню.
Поставьте переключатель электрической схемы в позицию ‘разрядка’. Пусть это продолжается в течение 15 секунд, затем поставьте переключатель в позицию ‘зарядки’. Сразу нажмите Старт на Xplorer GLX.
Собирайте данные в течение 30 секунд, затем нажмите Старт, поставьте переключатель в «открытую» позицию.

 

Занесите данные с графика в таблицу

Вывод:____________________________________________________________________

Через 5 минут вы должны ответить на вопросы:

3. 
   Как зависит сила тока в цепи от напряжения при постоянном сопротивлении?
   

Послушаем выводы 4 групп: Сила тока и напряжение прямо пропорциональные величины.

Коэффициент пропорциональности изменяется в зависимости от проводника. Коэффициент пропорциональности равен 1/R.

Это выражение называется законом Ома для участка цепи.

Нажимаем на : “сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению”.

Графическая зависимость силы тока от напряжения называется ВАХ (вольт – амперная характеристика) проводника. Для запоминания формулы закона Ома и последующего его применения для решения задач лучше пользоваться треугольником.

Выразите сопротивление

Величина, стоящая в знаменателе называется сопротивлением. Единицу сопротивления в СИ выражают в омах. В соответствии с законом Ома R=U/I. Тогда 1Ом=1В/1А. За единицу сопротивления 1 Ом принимают сопротивление такого проводника, по которому проходит то в 1А при напряжении на его концах 1В

ІV. Закрепление знаний, умений, навыков.

Решим задачу: (задача на столах учащихся).

На рисунке изображены графики зависимости силы тока от напряжения для двух проводников А и В. Какой из этих проводников обладает большим сопротивлением?

По закону Ома для участка цепи, сила тока обратно пропорциональна сопротивлению проводника при постоянном напряжении. Т.к. при напряжении 6 В сила тока проводника В, 1А, а сила тока проводника А, 3А. Таким образом, сила тока проводника В меньше, значит сопротивление больше.

Докажите это расчетами.

I Вариант решает для проводника А. II Вариант решает для проводника В.

Общий ответ: 6 Ом > 2 Ом Rв > Ra.

Обратите внимание на распечатанный график трех прогонов измерений. Как можно определить по графику сопротивление, какого проводника больше, не имея численного значения напряжения и силы тока?

Вернемся к нерешенной задачи определим искомое напряжение
Проверка понимания
Тест (Нажимаем на слово тест):

1. Как зависит сила тока от сопротивления проводника?

А. Сила тока прямо пропорциональна сопротивлению.

Б. Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.

В.. Сила тока равна сопротивлению

Г. Этой зависимости нет

2. Как зависит сила тока от напряжения проводника?

А. Сила тока пропорциональна напряжению.

Б. Сила тока обратно пропорциональна напряжению.

В. Этой зависимости нет. Г. Сила тока равна напряжению

3. Математическая запись закона Ома

А. Б. В. I= UR Г.

4. Формулировка закона Ома.

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

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

В. Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна его сопротивлению и напряжению на этом участке.

Г. Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна произведению его сопротивления и напряжения на этом участке.

5. В электрической цепи амперметр показывает 3 А, а вольтметр 6 В. Чему равно сопротивление резистора?

А. 2 Ом. Б. 0,5 Ом. В. 18 Ом Г. 3 Ом.

6. Сила тока электрической лампы 0,5 А, сопротивление спирали 10 Ом. Найти напряжение на концах спирали.

А. 8,5 В Б. 20 В. В. 0,05 В Г. 5 В.

7. Напряжение на концах проводника увеличилось вдвое. Как изменилась сила тока, протекающего в проводнике?

А. Уменьшилась в 2 раза В. Увеличилась в 2 раза

Б. Не изменилась Г. Уменьшилась в 1,5 раза

8. Необходимо вдвое уменьшить силу тока в данном проводнике. Что для этого нужно сделать?

А. Увеличить напряжение в 2 раза

Б. Вдвое уменьшить сопротивление.

В. Уменьшить напряжение в 2раза Г. Ничего не делать.

9. Сила тока электрической лампы 0,5 А, сопротивление спирали 10 Ом. Найти напряжение на концах спирали.

А. 8,5 В Б. 20 В. В. 0,05 В Г. 5 В.

V. Подведение итогов урока, оценка работ учащихся.

Подведем итог нашего урока:

— Между какими величинами устанавливает зависимость закон Ома?

— В какой формуле выражена эта взаимозависимость?

VI. Домашнее задание: §37, Понятие: падение напряжения Упр 18

1 вариант(1,5)

2 вариант (4,6)

Достарыңызбен бөлісу:

Сопротивление и ток прямо пропорциональны? — Mvorganizing.org

Сопротивление и ток прямо пропорциональны?

В первой версии формулы I = V / R, закон Ома говорит нам, что электрический ток в цепи можно рассчитать, разделив напряжение на сопротивление. Другими словами, ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.

Почему напряжение и ток прямо пропорциональны?

Ток в цепи прямо пропорционален разности электрических потенциалов, приложенной к ее концам, и обратно пропорционален общему сопротивлению внешней цепи.Чем больше напряжение аккумулятора (то есть разность электрических потенциалов), тем больше ток.

Какой ток сопротивления?

Сопротивление — это мера сопротивления току в электрической цепи. Сопротивление измеряется в омах и обозначается греческой буквой омега (Ом). Ом назван в честь Георга Симона Ома (1784-1854), немецкого физика, изучавшего взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением.

Какая связь существует между током и сопротивлением при постоянном напряжении?

Если сопротивление в цепи постоянное, большее значение ЭДС приведет к большему току, а меньшее значение ЭДС приведет к меньшему току, или напряжение и ток прямо пропорциональны.

Почему важно понимать взаимосвязь между текущим напряжением и сопротивлением?

Закон

Ома жизненно важен для описания электрических цепей, потому что он связывает напряжение с током, а значение сопротивления смягчает взаимосвязь между ними.

Повышается ли напряжение при увеличении тока?

Если ток в проводнике увеличивается, в электрических проводниках будет увеличиваться падение напряжения, поэтому напряжение на нагрузке будет меньше.Это одна из причин, по которой мы используем кабели большего размера для более высокого тока, чтобы уменьшить потери напряжения в проводнике.

При повышении напряжения снижается ли ток?

Закон

Ома гласит: ток в цепи прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален величине сопротивления. Это означает, что если напряжение повышается, ток будет расти, и наоборот. Кроме того, когда сопротивление растет, ток падает, и наоборот.

Что такое удельное сопротивление и его единица?

Удельное сопротивление определяется как «сопротивление, оказываемое на единицу длины и единицу площади поперечного сечения этого материала при приложении известного количества напряжения к его концу».Единица измерения удельного сопротивления в системе СИ — Ом-м.

Что такое специфическая резистентность иммунной системы?

Иммунитет — это способность организма защищаться от специфических агентов вторжения, таких как бактерии, токсины, вирусы и чужеродные ткани. Вещества, которые распознаются как чужеродные и вызывают иммунный ответ, называются антигенами.

В чем может быть разница между удельным сопротивлением?

Сопротивление связано с конкретным проводником. При фиксированной температуре величина сопротивления, оказываемого протеканием тока проводником, имеющим единицу длины и поперечное сечение, называется его удельным сопротивлением.Удельное сопротивление проводника зависит от материала проводника и его температуры.

Что означает удельное сопротивление?

Удельное сопротивление («ρ») — это свойство любого проводящего материала, показатель, используемый для определения сквозного сопротивления проводника данной длины и площади в этой формуле: R = ρl / A.

Что происходит с удельным сопротивлением при удвоении длины?

Ответ: сопротивление проводника прямо пропорционально его длине.поэтому, если длина увеличивается, удельное сопротивление увеличивается, и наоборот. Таким образом, если длина удвоится, сопротивление также удвоится, т.е. сопротивление в 4 раза больше исходного сопротивления.

Зависит ли удельное сопротивление от температуры?

Удельное сопротивление зависит от температуры материала. При постоянной температуре мы можем предположить, что удельное сопротивление является постоянным, и использовать закон Ома, который гласит, что сопротивление будет постоянным. Это препятствует потоку электронов, и сопротивление увеличивается.

Как найти сопротивление по напряжению и току? — Mvorganizing.org

Как найти сопротивление по напряжению и току?

Закон и мощность Ом

1. Чтобы найти напряжение, (В) [V = I x R] V (вольты) = I (амперы) x R (Ω)
2. Чтобы найти ток, (I) [I = V ÷ R] I (амперы) = V (вольты) ÷ R (Ω)
3. Чтобы найти сопротивление, (R) [R = V ÷ I] R (Ω) = V (вольт) ÷ I (амперы)
4. Чтобы найти мощность (P) [P = V x I] P (Вт) = V (вольты) x I (амперы)

Как рассчитать сопротивление в цепи?

Если вам известен полный ток и напряжение во всей цепи, вы можете найти полное сопротивление, используя закон Ома: R = V / I.Например, параллельная цепь имеет напряжение 9 вольт и общий ток 3 ампера. Общее сопротивление RT = 9 вольт / 3 ампера = 3 Ом.

Как рассчитать сопротивление в параллельной цепи?

Сумма токов, протекающих по каждому пути, равна общему току, протекающему от источника. Вы можете найти полное сопротивление в параллельной цепи по следующей формуле: 1 / Rt = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 +… Если один из параллельных путей разорван, ток будет продолжать течь по всем другим путям. .

Какой пример сопротивления?

Сопротивление определяется как отказ уступить или чему-то, что замедляет или предотвращает что-то. Примером сопротивления является борьба ребенка против похитителя. Пример сопротивления — ветер, обрушивающийся на крылья самолета.

Какая связь между сопротивлением и площадью?

Соотношение между сопротивлением и площадью поперечного сечения провода обратно пропорционально. Когда сопротивление в цепи увеличивается, например, за счет добавления дополнительных электрических компонентов, в результате уменьшается ток.

Какая связь между R и L?

R — сопротивление, измеренное в омах. L — длина материала, измеренная с помощью измерителя.

Какие три фактора придают куску медного провода высокое сопротивление?

Сопротивление данного куска провода зависит от трех факторов: длины провода, площади поперечного сечения провода и удельного сопротивления материала, из которого он состоит. Чтобы понять, как это работает, представьте себе воду, текущую по шлангу.

Как длина провода влияет на сопротивление?

Во-первых, общая длина проводов влияет на величину сопротивления. Чем длиннее провод, тем большее сопротивление будет. Более широкие провода имеют большую площадь поперечного сечения. Вода будет течь по более широкой трубе с большей скоростью, чем по узкой.

От чего зависит ток в проводе?

Ответ: Ток, протекающий через провод, зависит от приложенного напряжения и сопротивления провода или другой нагрузки.Это основано на законе Ома. По закону Ома V = I.

Ток зависит от площади?

Сила тока зависит от поперечного сечения провода, то есть для данного проводника сопротивление удваивается, а площадь поперечного сечения уменьшается вдвое. ЭДС, обеспечиваемая напряжением, позволяет току течь.

Зависит ли ток от длины проводника?

R пропорционален «l» (длине) проводника… Здесь I (ток) обратно пропорционален R (сопротивлению), так как при увеличении длины ток уменьшается, и наоборот! Итак, ток зависит от длины проводника.

Как сопротивление влияет на ток?

Ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению. Это означает, что увеличение напряжения приведет к увеличению тока, а увеличение сопротивления приведет к уменьшению тока.

Чем выше сопротивление, тем меньше ток?

Цепь с более высоким сопротивлением пропускает меньший заряд, то есть в цепи с более высоким сопротивлением протекает меньший ток.…

Почему ток прямо пропорционален напряжению?

Ток в цепи прямо пропорционален разности электрических потенциалов, приложенной к ее концам, и обратно пропорционален общему сопротивлению внешней цепи. Чем больше напряжение аккумулятора (то есть разность электрических потенциалов), тем больше ток.

Ток прямо пропорционален напряжению?

Соотношение между током, напряжением и сопротивлением выражается законом Ома.Это означает, что ток, протекающий в цепи, прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален сопротивлению цепи, при условии, что температура остается постоянной.

Мощность прямо пропорциональна напряжению?

По закону Ома, если сопротивление (R) и температура остаются постоянными, то ток (I) прямо пропорционален напряжению (V). Согласно формуле мощности, если мощность остается прежней, ток обратно пропорционален напряжению.

Может ли напряжение быть равным току?

Из этого мы заключаем, что; Ток равен напряжению, разделенному на сопротивление (I = V / R), сопротивление равно напряжению, разделенному на ток (R = V / I), а напряжение равно току, умноженному на сопротивление (V = IR). То есть; V = IxR, I = V / R, R = V / I.

Электрические цепи — последовательные и параллельные цепи, Закон Ома

Электрические цепи 7 из 31 ЧТО ЗАКОН ОМА? Существует простая взаимосвязь между напряжением, током, и сопротивление в электрических цепях.Понимание этих отношений важен для быстрой и точной диагностики и ремонта электрических проблем. ОМ ЗАКОН Закон Ома гласит: ток в цепи прямо пропорционален приложенное напряжение и обратно пропорционально величине сопротивления. Это означает, что если напряжение повышается, ток будет расти, наоборот. Кроме того, когда сопротивление растет, ток падает, наоборот.Закон Ома можно найти хорошее применение при поиске и устранении неисправностей в электрических сетях. Но расчет точных значений напряжения, тока и сопротивления не всегда практично … да и вообще не нужно. Более практичный, менее трудоемкое использование закона Ома будет заключаться в простом применении концепций задействовано: ИСТОЧНИК НАПРЯЖЕНИЕ не зависит ни от тока, ни от сопротивления. Это либо слишком низкий, нормальный или слишком высокий. Если он слишком низкий, ток будет низким.Если это нормально, ток будет высоким, если сопротивление низкое, или ток будет низким, если сопротивление высокое. Если напряжение слишком высокое, ток будет под кайфом. ТОК зависит от напряжения или сопротивления. Если напряжение высокое или сопротивление низкое, ток будет высоким. Если напряжение низкое или сопротивление высокое, ток будет низким. СОПРОТИВЛЕНИЕ не зависит ни от напряжения, ни от тока.Либо слишком низко, хорошо, или слишком высоко. Если сопротивление слишком низкое, ток будет высоким при любое напряжение. Если сопротивление слишком велико, ток будет низким, если напряжение хорошо. ПРИМЕЧАНИЕ: Когда напряжение остается неизменным, например, в автомобильной цепи … ток увеличивается по мере уменьшения сопротивления, а ток уменьшается по мере уменьшения сопротивления Продолжается. Обходные устройства уменьшают сопротивление, вызывая большой ток. Свободный соединения увеличивают сопротивление, вызывая низкий ток.

Основные законы электроэнергетики

Прочный фундамент для любого электрика строится на глубоком знании законов, регулирующих работу электричества.

Общие законы, регулирующие электричество, немногочисленны и просты, но применяются неограниченным числом способов.

Закон Ома

Ток через проводник между двумя точками прямо пропорционален напряжению в этих двух точках.

I = V / R или V = IR или R = V / I

Где I — ток через проводник в единицах ампер, В, — напряжение, измеренное на проводнике в единицах вольт, а R — сопротивление проводника в единицах Ом. Более конкретно, закон Ома гласит, что R в этом отношении постоянно, независимо от тока.

1 Ом = сопротивление проводника, когда разность потенциалов в один вольт создает ток в один ампер через проводник.

---

Закон Ватта

Подобно закону Ома, закон Ватта устанавливает взаимосвязь между мощностью (ваттами), током и напряжением.

P = VI или P = I ² R

Отъезд: Закон Ома и калькулятор закона Ватта

---

Действующий закон Кирхгофа (KCL)

Полный ток или заряд, входящий в соединение или узел, в точности равен заряду, выходящему из узла, поскольку ему некуда идти, кроме как оставить, поскольку в узле не теряется заряд.Другими словами, алгебраическая сумма ВСЕХ токов, входящих и выходящих из узла, должна быть равна нулю.

Текущий вход = текущий выход

Дополнительная литература: Схемы делителя и законы Кирхгофа

---

Закон напряжения Кирхгофа (KVL)

В любой сети с замкнутым контуром полное напряжение вокруг контура равно сумме всех падений напряжения внутри того же контура, которая также равна нулю. Другими словами, алгебраическая сумма всех напряжений в контуре должна быть равна нулю.

Дополнительная литература: Схемы делителя и законы Кирхгофа

---

Закон Фарадея

Индуцированная электродвижущая сила в любой замкнутой цепи равна отрицательной величине скорости изменения магнитного потока в цепи.

E = дБ / dt

(электродвижущая сила = изменение магнитного потока / изменение во времени)

Проще говоря, чем больше изменение магнитного поля, тем больше напряжение.Этот закон объясняет принцип работы большинства электродвигателей, генераторов, электрических трансформаторов и индукторов.

Дополнительная литература: Закон электромагнитной индукции Фарадея

---

Закон Ленца

Направление тока, индуцируемого в проводнике изменяющимся магнитным полем из-за закона индукции Фарадея, будет таким, что он создаст магнитное поле, которое противодействует изменению , которое его произвело. Проще говоря, величина ЭДС, наводимая в цепи, пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Дополнительная литература: Закон электромагнитной индукции Ленца

---

Закон Кулона

Величина электростатической силы притяжения между двумя точечными зарядами прямо пропорциональна произведению величин зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Сила действует по прямой линии, соединяющей их. Если два заряда имеют одинаковый знак , электростатическая сила между ними является отталкивающей; если у них есть различных знаков , сила между ними притягивает.

F = kq ₁ q ₂ / r ²

F — результирующая сила между двумя зарядами. Расстояние между двумя зарядами или радиус разделения составляет r . Значения q ₁ и q ₂ представляют количество заряда в каждой из частиц. Константа уравнения равна k .

Дополнительная литература: Электрическая сила и закон Кулона

---

Закон Гаусса

Суммарный электрический поток, исходящий от замкнутой поверхности, равен вложенному заряду, деленному на диэлектрическую проницаемость.Электрический поток через площадь определяется как электрическое поле, умноженное на площадь поверхности, проецируемую в плоскости, перпендикулярной полю.

Интегральная форма закона Гаусса находит применение при вычислении электрических полей вокруг заряженных объектов. Закон Гаусса — мощный инструмент для расчета электрических полей, когда они возникают из распределения заряда с достаточной симметрией для его применения.

Дополнительная литература: Закон Гаусса и электрический поток

---

Обычный ток vs.Электронный ток

Обычный ток предполагает, что ток течет от положительной клеммы , через цепь и в отрицательную клемму (+> -) источника. Это было условием, выбранным при открытии электричества.

Теперь мы знаем, что это неверно. В проводниках носителем заряда является электрон, заряд которого равен отрицательным .

Поток электронов называется электронным током . Электроны вытекают из отрицательной клеммы через цепь и попадают в положительную клемму источника (+

На самом деле не имеет значения , в какую сторону течет ток, пока он используется постоянно.Направление тока не влияет на его действия.

Дополнительная литература: Обычный ток против потока электронов

---

Правила для правой руки

Правило №1 определяет направления магнитной силы, обычного тока и магнитного поля. При любых двух тезисах можно найти третий.

1. Правой рукой: укажите указательным пальцем в направлении скорости заряда (вспомните условный ток).
2. Укажите средним пальцем в направлении магнитного поля.
3. Ваш большой палец теперь указывает в направлении магнитной силы.

Правило № 2 определяет направление магнитного поля вокруг токоведущего провода и наоборот.

1. Правой рукой: сожмите пальцы полукругом вокруг провода, они указывают в направлении магнитного поля.
2. Укажите большим пальцем в направлении обычного тока.

Дополнительная литература: Правила для правой руки: руководство по определению направления магнитной силы

---

ELI ЛЕДяной человек

Когда конденсаторы или катушки индуктивности включены в цепь переменного тока, ток и напряжение не достигают пика одновременно.Доля разности периодов между пиками, выраженная в градусах, называется разностью фаз.

ELI: Напряжение выводов тока в катушке индуктивности. E (напряжение) L (индуктор) C (ток)

Когда напряжение подается на катушку индуктивности, она сопротивляется изменению тока. Ток нарастает медленнее, чем напряжение, с запаздыванием по времени и фазе.

ICE: Напряжение токоведущих проводов в конденсаторе. I (ток) C (конденсатор) E (напряжение)

Поскольку напряжение на конденсаторе прямо пропорционально заряду на нем, ток должен опережать напряжение во времени и фазе, чтобы проводить заряд к пластинам конденсатора и повышать напряжение.Разность фаз в каждом случае равна или меньше 90 градусов.

Дополнительная литература: Фазовые и фазовые диаграммы

Закон Фарадея

Закон Фарадея
Далее: Закон Ленца Up: Магнитная индукция Предыдущий: Магнитная индукция Явление магнитной индукции играет решающую роль в три очень полезных электрических устройства: электрогенератор , электрический двигатель и трансформатор .Без этих устройств современная жизнь была бы невозможно в нынешнем виде. Магнитная индукция была открыта в 1830 г. Английский физик Майкл Фарадей. Американский физик Джозеф Генри независимо друг от друга сделал то же открытие примерно в одно и то же время. Оба физиков заинтриговал тот факт, что электрический ток, протекающий вокруг цепь может генерировать магнитное поле. Наверняка, рассуждали они, если электрический ток может генерировать магнитное поле, тогда магнитное поле должно каким-то образом быть способным генерировать электрический ток.Однако потребовалось много лет бесплодных экспериментов. прежде, чем они смогли найти необходимый ингредиент, который позволяет магнитное поле для генерации электрического тока. Этот ингредиент — , изменение во времени .

Рассмотрим плоскую петлю из токопроводящего провода соответствующей площади поперечного сечения. Поместим эту петлю в магнитное поле, напряженность которого приблизительно равна равномерный по всей длине петли. Предположим, что направление магнитное поле образует угол с нормальным направлением к петля.Магнитный поток через петлю равен определяется как произведение площади петли и составляющей магнитное поле, перпендикулярное петле. Таким образом,

(191)

Если петля оборачивается вокруг себя раз (, т.е. , если петля имеет витков ), то магнитный поток через петлю просто умножить на магнитный поток на один виток:

(192)

Наконец, если магнитное поле неоднородно по петле или петля не лежать в одной плоскости, тогда мы должны оценить магнитный поток как поверхностный интеграл

(193)

Вот какая-то поверхность, к которой прикреплена.Если петля имеет витки, то поток в несколько раз превышает указанное выше значение. Единица измерения магнитного потока в системе СИ — вебер (Вб). Одна тесла эквивалентна один вебер на квадратный метр:

(194)

Фарадей обнаружил, что если магнитное поле проходит через петлю из проволоки изменяется во времени. , тогда вокруг контура индуцируется ЭДС. Фарадей смог наблюдать этот эффект, потому что ЭДС вызывает ток, циркулирующий в петле.Фарадей обнаружил, что величина ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения магнитного поля во времени. Он также обнаружил, что ЭДС генерируется, когда петля провода перемещается на из области низкой напряженности магнитного поля в область высокой напряженности магнитного поля, и наоборот . ЭДС прямо пропорциональна скорость, с которой петля перемещается между двумя областями. Наконец-то, Фарадей обнаружил, что ЭДС генерируется вокруг петли, которая на поворачивается на градусов. в однородном магнитном поле постоянной напряженности.В этом случае ЭДС прямо пропорциональна скорости вращения петли. Фарадей в конце концов в состоянии предложить единый закон, который мог объяснить все его многочисленные и разнообразные наблюдения. Этот закон, известный как Закон магнитной индукции Фарадея , выглядит следующим образом:

ЭДС, наведенная в цепи, пропорциональна скорости изменения во времени магнитный поток, связывающий эту цепь.

Единицы СИ были зафиксированы таким образом, чтобы константа пропорциональности в этом закон единицы .Таким образом, если магнитный поток через цепь изменяется на сумму во временном интервале тогда генерируемая в цепи ЭДС равна

(195)

Есть много разных способов, которыми магнитный поток связывает электрическая цепь может изменение. Может измениться либо напряженность магнитного поля, либо направление магнитного поля. поле может измениться, или положение цепи может измениться, или форма цепь может измениться, или ориентация цепи может измениться.Закон Фарадея гласит, что все эти способы полностью эквивалент по генерации ЭДС вокруг цепь касается.

---

Далее: Закон Ленца Up: Магнитная индукция Предыдущий: Магнитная индукция

Ричард Фицпатрик 2007-07-14

Распространение потенциала действия (Раздел 1, Глава 3) Нейронаука в Интернете: Электронный учебник для нейронаук | Кафедра нейробиологии и анатомии

3.1 Изменения в пространственном распределении заряда

Если потенциал действия инициируется в одной точке нервной клетки, как он распространяется в синаптическую терминальную область по принципу «все или ничего»?

На рис. 3.1 показана схематическая диаграмма аксона и распределение заряда, которое, как ожидается, должно происходить вдоль мембраны этого аксона. Положительные заряды существуют снаружи аксона, а отрицательные — внутри. Теперь рассмотрим последствия доставки некоторого стимула в точку в середине аксона.Если деполяризация достаточно велика, будут открываться зависимые от напряжения натриевые каналы, и будет инициирован потенциал действия.

Рассмотрим на момент «замораживание» потенциала действия на его пиковом значении. Его пиковое значение теперь будет около +40 мВ внутри по отношению к внешней стороне. В отличие от зарядов притягиваются, поэтому положительный заряд будет перемещаться в прилегающую область мембраны. Когда заряд перемещается к прилегающей области мембраны, прилегающая область мембраны будет деполяризоваться.Если он достаточно деполяризуется, как это произойдет, потенциал-зависимые натриевые каналы в прилегающей области мембраны откроются, и будет инициирован «новый» потенциал действия. Это распределение заряда затем распространится на следующую область и инициирует другие «новые» потенциалы действия. Один из способов увидеть этот процесс — использовать тепловой аналог. Вы можете представить аксон как кусок проволоки, покрытой порохом (порох аналогичен натриевым каналам). Если к проволоке подается достаточный стимул (тепло), порох воспламеняется, выделяет тепло, и тепло распространяется по проволоке в соседние области и вызывает воспламенение пороха в соседних областях.

3.2 Детерминанты скорости распространения

Обнаружена большая изменчивость скорости распространения потенциалов действия. Фактически, скорость распространения потенциалов действия в нервах может варьироваться от 100 метров в секунду (580 миль в час) до менее чем одной десятой метра в секунду (0,22 мили в час). Почему одни аксоны передают информацию очень быстро, а другие — медленно? Чтобы понять, как работает этот процесс, необходимо рассмотреть два так называемых пассивных свойства мембран: постоянную времени и постоянную пространства или длины.Почему это называется пассивными свойствами? Они не имеют ничего общего ни с одной из рассмотренных ранее проводимостей, зависящих от напряжения. Никакого отношения к насосам и теплообменникам они не имеют. Они являются неотъемлемыми свойствами всех биологических мембран.

Постоянная времени. Сначала рассмотрим тепловой аналог. Поместите металлический блок с температурой 10 ^o C на конфорку с температурой 100 ^o C. Как изменится температура? Оно увеличится с начального значения 10 ^o C до конечного значения 100 ^o C.Но температура не изменится мгновенно. Фактически, это изменится как экспоненциальная функция времени. Аналогичная ситуация происходит с нервными клетками, когда они получают мгновенный стимул. На рисунке справа изображена идеализированная нервная клетка. Регистрирующий электрод первоначально измеряет потенциал -60 мВ (потенциал покоя). В какой-то момент времени (время 0) переключатель замыкается. Замыкание переключателя происходит мгновенно, и в результате мгновенного замыкания через цепь протекает мгновенный ток.(Это эквивалентно удару металлического блока о плиту.) Обратите внимание, что, несмотря на то, что этот стимул изменяется мгновенно, изменение потенциала не происходит мгновенно. Требуется время, чтобы потенциал изменился с начального значения -60 мВ до конечного значения -50 мВ. Всего имеется деполяризация 10 мВ, но изменение происходит как экспоненциальная функция времени.

Существует удобный показатель того, насколько быстро экспоненциальные функции меняются со временем.Индекс обозначается символом τ и называется постоянной времени. Он определяется как время, необходимое для того, чтобы изменение потенциала достигло 63% от его окончательного значения. (Почему 63%?) В этом примере потенциал изменяется от -60 до -50, а значение 63% составляет -53,7 мВ. Таким образом, постоянная времени составляет 10 мсек. Чем меньше постоянная времени, тем быстрее будет изменение реакции на стимул. Следовательно, если бы этот нейрон имел постоянную времени 5 мсек, то через 5 мсек мембранный потенциал достиг бы -53.7 мВ. Постоянная времени аналогична рейтингу от 0 до 60 для высокопроизводительного автомобиля; чем ниже рейтинг от 0 до 60, тем быстрее автомобиль. Чем меньше постоянная времени, тем быстрее или быстрее мембрана будет реагировать на раздражитель. Влияние постоянной времени на скорость распространения станет ясным ниже.

Постоянная времени является функцией двух свойств мембран: сопротивления мембраны (R _m ) и емкости мембраны (C _m ). R _м — величина, обратная проницаемости; чем выше проницаемость, тем ниже сопротивление и наоборот.Мембраны, как и физические устройства, известные как конденсаторы, могут накапливать заряд. Когда стимул доставляется, требуется время, чтобы зарядить мембрану до нового значения.

[Пожалуйста, обратитесь к учебнику по физике для колледжа для обзора основных свойств резисторов и конденсаторов. Дополнительный обзор резисторов, конденсаторов и постоянных времени, а также использование гидравлических аналогов для их понимания см .: Byrne, J.H., Общие сведения об электричестве с водой , epub, Lulu.com, 2011 г.]

Пространственная постоянная. Рассмотрим еще один тепловой аналог. Возьмем длинный металлический стержень, который снова изначально имеет температуру 10 ^o ° C, и рассмотрим последствия прикосновения одного конца стержня к конфорке, имеющей температуру 100 ^° ° C (предположим, что он помещен туда на определенную величину). времени, чтобы изменения температуры стабилизировались.) Как температура будет распределена по длине стержня? Вдоль стержня будет температурный градиент из-за увеличения потерь тепла по мере удаления от источника тепла.Температурный градиент можно описать экспоненциальной функцией расстояния из-за вовлеченных физических процессов.

Аналогичная ситуация наблюдается в нервных клетках. На рисунке слева представлена ​​идеализированная нервная клетка, в которой записи делаются из разных областей вдоль аксона с шагом 1 мм. Тело элемента пронизано стимулирующим электродом, подключенным к батарее, значение которого изменяет потенциал тела элемента до -50 мВ (эквивалент размещения стержня 10 ^o C на горячей плите 100 ^o C. ).Этот аксон, хотя изначально он имел пространственно однородный потенциал покоя -60 мВ, теперь имеет потенциал -50 мВ в соме, потому что это область, в которой применяется стимул. Однако потенциал не составляет -50 мВ по всему аксону; он меняется в зависимости от расстояния от сомы. На расстоянии 1 мм потенциал равен -56 мВ; на расстоянии 2 мм он даже ближе к -60 мВ; и достаточно далеко вдоль аксона, потенциал аксона составляет -60 мВ, потенциал покоя. Подобно тому, как существует индекс того, как изменение потенциала изменяется со временем (постоянная времени), существует также индекс, обозначаемый символом λ (называемый пространственной константой или константой длины), который указывает, насколько далеко потенциал будет распространяться вдоль аксона в ответ на подпороговый стимул в другой точке.На рисунке 3.3 пространственная постоянная или константа длины равна 1 мм. Через 1 мм потенциал изменится на 63% от своего конечного значения. Если бы λ было больше 1 мм, потенциал распространялся бы на большее расстояние. Если бы λ составляло 1/2 мм, потенциал по аксону распространялся бы меньше. Таким образом, в то время как постоянная времени является показателем того, насколько быстро мембрана будет реагировать на стимул во времени, пространственная постоянная является показателем того, насколько хорошо подпороговый потенциал будет распространяться по аксону в зависимости от расстояния. Пространственная постоянная — это пассивное свойство мембран.Хотя это влияет на скорость распространения потенциалов действия, это независимый процесс. Это похоже на поверхность гоночной трассы, а потенциал действия — как на гоночную машину. Если поверхность грязная, машина будет ехать медленно, если она твердая и асфальтированная, та же машина сможет ехать намного быстрее.

Константа длины может быть описана в терминах физических параметров аксона, где d — диаметр аксона, R _m , как и раньше, сопротивление мембраны, обратная проницаемости и R _i — внутреннее сопротивление (сопротивление аксоплазмы).R _i — индикатор способности зарядов перемещаться по внутренней поверхности аксона. Небольшое подпороговое изменение в распределении заряда в одной точке вдоль аксона будет распространяться вдоль аксона, но при этом некоторые из них будут диффундировать обратно из мембраны, а некоторые будут продолжать двигаться вдоль аксона. Если сопротивление мембраны (R _m ) велико, утечка будет меньше и относительно больше будет перемещаться по аксону. Увеличение R _м похоже на изоляцию металлического стержня и нагрев стержня с одного конца.Чем больше изоляция (больше сопротивления теплопотери снаружи стержня), тем больше тепла будет проходить по внутренней части стержня.

Скорость распространения. Как постоянная времени и пространственная постоянная связаны со скоростью распространения потенциалов действия? Чем меньше постоянная времени, тем быстрее деполяризация повлияет на соседнюю область. Если деполяризация быстрее влияет на соседнюю область, она быстрее приведет к достижению порогового значения в соседней области. Следовательно, чем меньше постоянная времени, тем быстрее будет скорость распространения.Если пространственная постоянная велика, изменение потенциала в одной точке распространится на большее расстояние вдоль аксона и приведет к тому, что удаленные области быстрее достигнут порогового значения. Следовательно, чем больше пространственная постоянная, тем быстрее далекие области будут доведены до порога и тем быстрее будет скорость распространения. Таким образом, скорость распространения прямо пропорциональна пространственной постоянной и обратно пропорциональна постоянной времени. Существуют отдельные уравнения, которые описывают как постоянную времени, так и пространственную постоянную.Приведенное выше понимание позволяет нам составить новое уравнение, объединяющее эти два аспекта.

Уравнение дает представление о том, как разные аксоны могут иметь разные скорости распространения. Один из способов наделить аксон высокой скоростью распространения — увеличить диаметр. Однако есть одна серьезная проблема в изменении скорости распространения путем простого изменения диаметра. Чтобы увеличить скорость вдвое, необходимо в четыре раза увеличить диаметр.Ясно, что должен быть лучший способ увеличения скорости распространения, чем просто увеличение диаметра.

Другой способ увеличить скорость распространения — уменьшить емкость мембраны. Этого можно достичь, покрывая аксоны толстой изолирующей оболочкой, известной как миелин. Одна потенциальная проблема с этим подходом состоит в том, что процесс покрытия аксона будет охватывать зависимые от напряжения каналы Na ⁺ . Если каналы Na ⁺ закрыты, невозможно создать потенциал действия.Вместо того, чтобы покрывать весь аксон миелином, покрываются только его участки, а некоторые области, называемые узлами, остаются голыми.

3.3 Размножение в миелинизированных волокнах

Распространение потенциалов действия в миелинизированных волокнах показано на рисунке 3.4. Начните с потенциала действия в узле слева. В отсутствие миелина потенциал действия будет активно распространяться посредством простых механизмов, описанных выше. Однако теперь миелин перекрывает все потенциалзависимые натриевые каналы, поэтому потенциал действия не может активно распространяться.(Фактически, миелинизированные аксоны даже не имеют натриевых каналов в межузловой области.) Скорее, изменение потенциала, вызванное потенциалом действия в одном узле, пассивно распространяется в межузловой области вдоль аксона, так же как температура распространялась бы по длинной металлической поверхности. стержень. Потенциал расширяется, но становится меньше (уменьшается), точно так же, как изменение температуры, вызванное на одном конце стержня, будет уменьшаться по мере его распространения по стержню.

Теперь рассмотрим точку, в которой пассивно расширяющийся потенциал достигает следующего узла.Будет инициирован «новый» потенциал действия. Стимулом для этого потенциала действия является деполяризация, возникающая из конца миелина. Каждый узел действует как «ретрансляционная станция», которая обновляет декрементированный сигнал. Снова подумайте об аналоге пороха, но на этот раз покройте стержень изоляцией и нанесите порох только на оголенные участки. Из-за изоляции изменение температуры, вызванное воспламенением пороха, будет эффективно распространяться по металлическому стержню. Произойдет некоторая потеря температуры, но этого будет достаточно для воспламенения пороха в следующей области, и процесс повторится.

Напряжение прямо пропорционально сопротивлению?

Закон Ома. Связь между напряжением , током и сопротивлением описывается законом Ома. Это уравнение, i = v / r, говорит нам, что ток, i, протекающий по цепи, равен прямо пропорционально напряжению , v и обратно пропорционально сопротивлению , r.

Нажмите, чтобы увидеть полный ответ

Кроме того, почему сопротивление прямо пропорционально напряжению?

Другими словами, ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению .Таким образом, увеличение напряжения будет увеличивать ток, пока сопротивление остается постоянным. Если ток остается постоянным, увеличение напряжения приведет к увеличению сопротивления .

Следовательно, возникает вопрос, прямо ли тепло пропорционально сопротивлению? Следовательно, чтобы установить связь между сопротивлением и теплом , генерируемым , необходимо разбить напряжение на независимые величины — сопротивление , и ток.Тогда уравнение читает H = I2Rt, что говорит нам, что тепла является прямо пропорционально сопротивлению .

Также вопрос, прямо ли разность потенциалов пропорциональна сопротивлению?

Ответ: Для постоянного тока разность потенциалов составляет , прямо пропорциональную сопротивлению , включенному в цепь. Для данного проводника при постоянной температуре, сопротивление является постоянным, а разность потенциалов на нем прямо пропорциональна току, проходящему через него.