Ток, напряжение, сопротивление. Закон Ома.
Как звучит закон Ома для участка цепи
Есть говорить об официальной формулировке, то закон Ома можно озвучить так:
Сила тока имеет прямую зависимость от напряжения и обратную от сопротивления. Это высказывание справедливо для участка цепи с каким-то определенным и стабильным сопротивлением.
Формула этой зависимости на рисунке. Тут I — это сила тока, U — напряжение, R — сопротивление.
Формула закона Ома
- Чем больше напряжение, тем больше ток.
- Чем больше сопротивление, тем ток меньше.
Не так легко представить себе смысл этого выражения. Ведь электричество нельзя увидеть. Мы только приблизительно знаем что это такое. Попытаемся уяснить себе смысл этого закона при помощи аналогий.
Подтверждение закона Ома
Бум исследования электрических явлений пришёлся на конец XVIII – начало XIX веков. Такие учёные, как Фарадей, Ампер, Вольт, Эрстед, Кулон, Лачинов, Ом провели ряд экспериментов, которые позволили Максвеллу создать теорию электромагнитных явлений.
Огромную роль в открытии новых знаний сыграл опыт Ома исследовавшего, от чего зависит сила тока в цепи. Немецкий физик ставил опыты над проводимостью различных материалов. Для этого он использовал электрическую цепь, в разрыв которой подключал проводники разной длины и замерял силу тока.
Изначально учёный не смог установить закономерность. Всё дело в том, что для своих опытов Ом использовал химическую батарею. Друг учёного Поггендорф предложил взять термоэлектрический источник тока. В итоге физик смог проследить зависимость. Описал он её так: частное от a, разделённого на l + b, где b определяет интенсивность воздействия на проводника длиною l, причём a и b — постоянные, зависящие соответственно от действующей силы и сопротивления элементов цепи.
Обычно при изучении закона в седьмом классе средней школы учитель демонстрирует эту зависимость на практических уроках. Для этого чтобы ученики удостоверились в справедливости утверждения, преподаватель собирает электрическую цепь, в состав которой входят:
- вольтметр – прибор для измерения напряжения, включается параллельно измеряемому проводнику;
- амперметр – устройство для замера тока, подключается последовательно с измеряемым телом;
- регулируемый источник электродвижущей силы (ЭДС).
Суть опыта заключается в подключении проводников с разной длиной. Измеренные результаты заносят в таблицу. Она должна иметь примерно следующий вид:
| Первое тело | Второе тело | Третье тело | |||
| U, В | I, А | U, В | I, А | U, В | I, А |
| 1 | 0,5 | 1 | 0,4 | 1 | 0,2 |
| 2 | 1 | 2 | 0,6 | 2 | 0,3 |
| 3 | 1,5 | 3 | 0,8 | 3 | 0,4 |
| 4 | 2 | 4 | 1 | 4 | 0,5 |
Проведя анализ таблицы, можно сделать вывод. Если для любого тела напряжение разделить на соответствующую ему силу тока, то получится одно и то же число. Следовательно, это отношение является свойством проводника. Для первого оно равно двум, второго – пяти, а третьего – десяти. При одинаковых токах в третьем случае число больше, значит, это тело оказывает большее сопротивление току.
Полученные значения по факту и являются величинами, обратными проводимости. Обозначают их буквой R (resistance).
Разбираемся что такое ток и сопротивление
Начнем с понятия электрического тока. Если говорить коротко, электрический ток применительно к металлам — это направленное движение электронов — отрицательно заряженных частиц. Их обычно представляют в виде небольших кружочков. В спокойном состоянии они передвигаются хаотически, постоянно меняя свое направление. При определенных условиях — возникновении разницы потенциалов — эти частицы начинают определенное движение в какую-то сторону. Вот это движение и есть электрический ток.
Чтобы было понятнее, можно сравнить электроны с водой, разлитой на какой-то плоскости. Пока плоскость неподвижна, вода не движется. Но, как только появился наклон (возникла разница потенциалов), вода пришла в движение. С электронами примерно так же.
Примерно так можно себе представить электрический ток
Теперь надо понять, что такое сопротивление и почему с силой тока у них обратная связь: чем выше сопротивление, тем меньше ток.
Как известно, электроны движутся по проводнику. Обычно это металлические провода, так как металлы обладают хорошей способностью проводить электрический ток. Мы знаем, что металл имеет плотную кристаллическую решетку: много частиц, которые расположены близко и связаны между собой. Электроны, пробираясь между атомами металла, на них наталкиваются, что затрудняет их движение. Это помогает проиллюстрировать сопротивление, которое оказывает проводник. Вот теперь становится понятным, почему, чем выше сопротивление, тем меньше сила тока — чем больше частиц, тем электронам сложнее преодолевать путь, делают они это медленнее. С этим, вроде, разобрались.
Если у вас есть желание проверить эту зависимость опытным путем, найдите переменный резистор, соедините последовательно резистор — амперметр — источник тока (батарейка). Еще желательно в цепь вставить выключатель — обычный тумблер.
Цепь для проверки зависимости силы тока от сопротивления
Крутя ручку резистора вы изменяете сопротивление.
При этом показания на амперметре, который измеряет силу тока, тоже меняются. Причем чем больше сопротивление, тем меньше отклоняется стрелка — меньше ток. Чем сопротивление меньше — тем сильнее отклоняется стрелка — ток больше.
Вместо стрелочного прибора можно использовать цифровой мультиметр в режиме измерения постоянного тока. В этом случае отслеживаются показания на жидкокристаллическом цифровом табло.
Зависимость тока от сопротивления почти линейная, то есть на графике отражается почти прямой линией. Почему почти — об этом надо говорить отдельно, но это другая история.
Ток, сила тока в цепи.
Что же такое электрический ток?
Давайте подумаем, что будет происходить если под действие электрического поля попадут заряженные частицы, например, электроны… Рассмотрим проводник, к которому приложено определенное напряжение:
Из направления напряженности электрического поля (E) мы можем сделать вывод о том, что \phi_1 > \phi_2 (вектор напряженности всегда направлен в сторону уменьшения потенциала).
На каждый электрон начинает действовать сила:
где e − это заряд электрона.
И поскольку электрон является отрицательно заряженной частицей, то вектор силы будет направлен в сторону противоположную направлению вектора напряженности поля. Таким образом, под действием силы частицы наряду с хаотическим движением приобретают и направленное (вектор скорости V на рисунке). В результате и возникает электрический ток
Влияние температуры проводника на его сопротивление
Промышленность
Образование
Наука
Типовые примеры
Отзывы
Пользователи
Главная >> Применение >> Типовые примеры >>
тепловая зависимость сопротивления кабеля, зависимость сопротивления от температуры
К алюминиевому проводнику приложено напряжение и течет ток. В результате теплового действия тока происходит нагрев проводника и изменение его линейных размеров и электропроводности. Определить сопротивление проводника с учетом его нагрева.
Тип задачи:
Осесимметричная мультифизичная задача электрического поля постоянных токов, стационарной теплопередачи и механики.
Геометрия:
Дано
Площадь поверхности проводника Sбок= 35 мм²;
Коэффициент конвекции α= 30 Вт/К·м.
Решение
К проводнику приложено напряжение. Сопротивление проводника, исходя из полученной силы тока может быть найдено из закона Ома:
R = ΔU·I ,
где ΔU — потеря напряжения в проводнике,
I — сила тока.
При протекании тока в проводнике в нём выделяется тепло, пропорциональное его сопротивлению. В результате этого проводник греется. Изменяется омическое сопротивление проводника.
ρ = ρ0 · (1 + α·ΔT),
где ρ0 — удельное сопротивление проводника при 20 °С,
α — температурный коэффициент сопротивления,
ΔT — перегрев проводника.
Также изменяются линейные размеры проводника в следствии тепловой деформации. Оба этих фактора приводят к изменению сопротивления проводника и к изменению величины протекающего тока. Таким образом, решение задачи носит итерационный характер:
- Задать номинальные размеры и проводимость проводника.
- Приложить напряжение и посчитать ток, тепловыделение (решить задачу эл. поля постоянных токов).
- Определить температуру проводника (решить задачу теплопередачи).
- Определить изменение электропроводности (по формуле).
- Определить изменение линейных размеров (решить задачу упругих деформаций).
- Скорректировать размеры проводника и его проводимость, вернуться к п.2.
Результаты расчета:
| Итерация | I, A | R, мОм | Температура проводника T, °C | ΔR, % |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 163. 4
| 6.73 | 48.6 | - |
| 1 | 135.2 | 8.14 | 43.5 | 17% |
| 2 | 137.7 | 7.99 | 44.1 | 1.8% |
| 3 | 137.4 | 8.00 | 44.2 | 0.2% |
Распределение электрического потенциала в проводнике
Температура проводника
Тепловые деформации
- Скачать файлы задачи
Рекомендуемые видео
Стенограмма
Здесь вопрос о силе и гране, и учитывая формулу, что b равно i в p. Итак, по вопросу ремешок должен был бежать. То есть i равно 2,25. A v равно 9 вольт при каждом из 2, поэтому r эквивалент равен 2 плюс 2, то есть 4 n. Используя мощность, которая равна v квадрату, деленному на него, получается 9 квадратов, деленный на 2, умноженный на 2, так что получается 4 p. То есть 81 разделить на 4 балла, значит, р равно 20,25 ат. Это первый шаг, а второй шаг — это мощность, генерируемая балкой, поскольку ток проходит через балку, так что это также 20,25 Вт, надеюсь, это понятно. Хорошо. Спасибо.
Поделиться вопросом
Добавить в плейлист
Хммм, кажется, у вас нет плейлистов. Пожалуйста, добавьте свой первый плейлист.
`
Как найти сопротивление с помощью мощности и напряжения
••• Polka Dot Images/Polka Dot/Getty Images
Обновлено 24 апреля 2017 г.
используя закон Ома. Закон Ома, открытый в 1827 году Георгом Симоном Омом, гласит, что сила тока в проводнике пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. Поскольку мощность, измеряемая в ваттах, является функцией напряжения и тока, а ток является функцией напряжения и сопротивления, можно рассчитать сопротивление по мощности и напряжению. Вычисления просты, но понимание простой математики полезно.
Используйте онлайн-калькулятор, чтобы упростить вычисления закона Ома.
Закон Ома гласит, что V=IR, где «V» — напряжение, «I» — ток, а «R» — сопротивление. Если вы помните, что закон Ома — это «очень важное правило», вы помните V, I и R в правильном порядке.
Всегда перепроверяйте результаты, прежде чем применять значения к электрическому проекту. Использование неправильных значений может привести к возгоранию, поражению электрическим током и смерти.
Введите мощность в ваттах в калькулятор. Разделите мощность на напряжение. Результатом является ток, потому что закон Ома гласит, что ток = мощность / напряжение. Запишите текущее значение для последующего использования. Например, если мощность 100 ватт, а напряжение 50 вольт, ток 100/50 или 2 ампера.
Рассчитайте сопротивление в Омах, разделив напряжение на силу тока. Закон Ома гласит, что напряжение = ток х сопротивление, поэтому, переставив формулу сопротивление = напряжение / ток. Используя пример из шага 1, при напряжении 50 вольт и силе тока 2 ампера сопротивление составляет 50/2, или 25 Ом.
Проверить ошибки в расчетах. Разделите квадрат напряжения (напряжение x напряжение) на рассчитанное сопротивление. Если результат не равен мощности в ваттах, в расчетах была ошибка.
Предупреждения
Статьи по теме
Ссылки
- Мэрилендский университет: Галерея электромагнитных личностей 2; Родни Дж. Тейлор
Советы
- Используйте онлайн-калькулятор, чтобы упростить вычисления закона Ома.
- Закон Ома гласит, что V=IR, где «V» — напряжение, «I» — ток, а «R» — сопротивление.
