Значение закона Ома
Применяя основной закон электрической цепи (закон Ома), можно объяснить многие природные явления, которые на первый взгляд кажутся загадочными и парадоксальными. Например, всем известно, что любой контакт человека с электрическими проводами, находящимися под напряжением, является смертельно опасным. Всего лишь одно прикосновение к оборвавшемуся проводу высоковольтной линии способно убить электрическим током человека или животное. Но в то же время, мы постоянно видим, как птицы спокойно усаживаются на высоковольтные провода электропередач, и ничто не угрожает жизни этих живых существ. Тогда как же найти объяснение такому парадоксу?
А объясняется подобное явление довольно просто, если представить, что находящаяся на электрическом проводе птица – это один из участков электрической сети, сопротивление второго значительно превышает сопротивление другого участка той же цепи (то есть небольшого промежутка между лапками птицы). Следовательно, сила электрического тока, воздействующая на первый участок цепи, то есть на тело птицы, будет совершенно безопасной для неё.
Однако полная безопасность гарантирована ей только при соприкосновении с участком высоковольтного провода. Но стоит только птице, усевшейся на линию электропередач, задеть крылом или клювом провод или какой-либо предмет, находящийся вблизи от провода (например, телеграфный столб), то птица неминуемо погибнет. Ведь столб непосредственно связан с землёй, и поток электрических зарядов, переходя на тело птицы, способен мгновенно убить её, стремительно двигаясь по направлению к земле. К сожалению, по этой причине в городах гибнет немало птиц.
Для защиты пернатых от губительного воздействия электричества зарубежными учеными были разработаны специальные устройства – насесты для птиц, изолированные от электрического тока. Такие приспособления размещали на высоковольтных линиях электропередач. Птицы, усаживаясь на изолированный насест, могут без всякого риска для жизни прикасаться клювом, крыльями или хвостом к проводам, столбам или кронштейнам.
Наибольшим сопротивлением обладает поверхность верхнего, так называемого рогового слоя кожи человека.
Сопротивление сухой и неповреждённой кожи может достигать 40 000 – 100 000 Ом. Роговой слой кожи очень незначителен, всего 0,05 – 0,2 мм. и легко пробивается напряжением 250 В. При этом сопротивление уменьшается в сто раз и падает тем скорее, чем дольше действует на тело человека ток.
Элементы электрической цепи. Закон Ома
Электрическая цепь состоит из источника энергии иее приемников, в которых электрическая, энергия преобразуется в другие виды энергии — тепловую, лучистую, механическую
и т.
д.
В качестве источников энергии в цепи могут использоваться электрохимические источники, солнечные батареи, термоэлектропреобразователи, электрические генераторы.
На полюсах источника энергии получаются различные уровни электрических зарядов, которые стремятся выравниться через электрическую
цепь под действием электродвижущей силы (э.д.с), подобно тому, как уровни воды в различных сосудах, соединенных между собой
Э.д.с. имеет одинаковую природу с напряжением. В цепи с источником тока э.д.с. равна напряжению на зажимах источника тока при отсутствии тока в цепи, то есть при разомкнутой внешней цепи. Принято считать, что ток во внешней цепи направлен от положительного полюса (+) к отрицательному (—), то есть как бы от верхнего уровня к нижнему.
Различают источники э.д.с. и источники тока. У идеального источника э.д.с. напряжение на зажимах не должно меняться при любых токах нагрузки.
В цепи с идеальным источником тока должен оставаться неизменным ток при любом сопротивлении приемника энергии. В реальных условиях в цепи, подключенной к источнику тока, сила тока меняется в некоторых пределах в зависимости от сопротивления приемника. Такой реальный источник тока на расчетных схемах изображают как идеальный, но с включенным на его зажимах параллельным резистивным элементом, сопротивление которого рарно внутреннему сопротивлению источника (рис. 2.1, б).
В замкнутой цепи, изображенной на рисунке 2.2, а, сила тока на всех участках цепи одинакова.
Она зависит от э.д.с. Е источника и полного сопротивления R — величины, характеризующей противодействие электрической цепи току, и определяется законом Ома, выражающим зависимость между э.дс. Е (В), силой тока I (А) и сопротивлением R (Ом):
I = E/R. (2.1)
Сопротивление всей цепи R равно сумме сопротивлений наружного (внешнего) участка цепи RH и внутреннего сопротивления источника тока RBH:
R=RH+RBH.
Закон Ома может быть применен и ко всей цепи, и к отдельным ее участкам. Так, для электрической цепи, изображенной на рисунке 2.3, а, можно написать:
I = U1/R1; I = U2/R2; I = U3/RBH;
где I—’сила тока в цепи; U1 —напряжение на сопротивлении R1; U2 — напряжение на сопротивлении R2: U3, — падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника тока Rвн.
Напряжение на внутреннем сопротивлении источника, а также на сопротивлениях цепи часто называют падением напряжения.
Сумма напряжений на отдельных участках цепи равна электродвижущей силе (э.д.с.) источника:
U1 + U2 + U3 = Е.
Из этого равенства следует, что напряжения и общая э.д.с. в цепи имеют разные знаки и их удобно представить графически.
Для большей наглядности и уяснения взаимодействия напряжений на элементах цепи и э.д.с. источника можно прибегнуть к графическому изображению (рис. 2.2, б и 2.3, б). Здесь длина отрезков, представляющих напряжения, пропорциональна их значениям (отрезки взяты в масштабе).
Стрелками на расчетных схемах указывают положительное направление э.д.с, напряжений и токов. Если сопротивление внешней цепи RH стало небольшим по сравнению с внутренним сопротивлением RBH источника и можно считать, что оно равно нулю, то в цепи возникает режим короткого замыкания источника энергии. Сила тока IK, при этом может достигать очень больших значений, так как сопротивление Rвн во много раз меньше сопротивления токоприемников.
Сила тока короткого замыкания:
IK = E/RBH.
Короткое замыкание происходит, например, при повреждении изоляции, когда провода, идущие от источника тока к токоприемнику, соединяются (замыкаются) между собой. В общем случае закон Ома может быть записан в трех вариантах:
I=U/R; U = IR; R = U/I.
Следует заметить, что закон, Ома в том виде, в каком он рассмотрен нами, применим только к цепям постоянного тока и цепям переменного тока с активным сопротивлением (лампы накаливания, нагревательные приборы, резисторы). Активным называется такое сопротивление, в котором происходит необратимый процесс превращения электрической энергии в другой вид энергии (тепло, свет и т. д.).
| Следующая > |
|---|
Закон Ома
Закон ОмаДалее: Сопротивление и удельное сопротивление Вверх: Электрический ток Предыдущий: Электрические цепи Рассмотрим снова простую цепь, в которой постоянный ток течет через один проводящий провод, соединяющий положительные и отрицательные клеммы батареи напряжением.
Какая связь между нынешним
течет по проводу, а разность потенциалов приложена к
два конца провода возле аккумулятора? Если бы мы исследовали эту взаимосвязь экспериментально, то быстро пришли бы к выводу, что ток | (126) |
где константа пропорциональности называется (электрическим) сопротивлением провода. Вышеприведенная формула называется законом Ома после ее Первооткрыватель, немецкий физик начала девятнадцатого века Георг Симон Ом. Единицей электрического сопротивления является ом (), т.е. эквивалентно вольту на ампер:
| (127) |
Есть небольшое расхождение между тем, что мы говорим
сейчас, и то, что мы сказали ранее.
В разд. 5, мы утверждали, что
электрическое поле внутри проводника равно нулю. Однако при наличии разности потенциалов
между началом и концом проводника, как описано выше,
тогда должно быть
электрическое поле, распространяющееся по длине провода. В самом деле, если
провод прямой, и электрический потенциал уменьшается равномерно с
расстояние, пройденное по проводу, то продольное электрическое
напряженность поля определяется выражением (см. раздел 5.3), где — длина провода.
Ранее полученный результат о том, что электрическое поле внутри
проводника эквивалентно утверждению, что проводники обладают нулевой электрической
сопротивление. Это следует из того, что если равно нулю, то электрическое поле, а значит, и потенциал
разность , должна быть равна нулю, иначе протекал бы бесконечный ток
по закону Ома. Оказывается, хорошие проводники ( т.е. ,
медь, серебро, алюминий и большинство других металлов) обладают
ненулевой электрический
сопротивления. Однако обычно эти сопротивления настолько малы, что
если бы мы соединили клеммы батареи вместе с помощью
провод, сделанный из хорошего проводника, то ток, который будет течь
в проводе, по закону Ома, была бы настолько велика, что
повредить провод и аккумулятор.
Мы обычно называем такую схему короткое замыкание . Для предотвращения слишком больших токов от
проточные, обычные электрические цепи содержат компоненты, называемые резисторы ,
электрическое сопротивление которых на много порядков больше, чем
проводников в цепи. Когда мы применяем Ома
закону, к цепи мы обычно подсчитываем только чистое сопротивление
все
резисторы в цепи, а сопротивлениями межсоединений пренебречь
провода. Это означает, что все основные падения электрического потенциала, как мы
проехать по цепи от одного вывода батареи к другому,
происходят внутри резисторов. Падение потенциала в проводнике
самих проводов обычно ничтожно мало.
Таким образом, во всех смыслах и целях хорошие проводники и провода
сделанные из хороших проводников, ведут себя так, как будто они
имеют нулевое сопротивление и содержат нулевое электрическое поле.
Далее: Сопротивление и удельное сопротивление Вверх: Электрический ток Предыдущий: Электрические цепи Ричард Фицпатрик 2007-07-14 Закон
Ома (сопротивление) — Mypdh.
engineerДва фундаментальных свойства тока и напряжения связаны третьим свойством, известным как сопротивление. В любой электрической цепи при приложении к ней напряжения возникает ток. Сопротивление проводника будет определять величину тока, протекающего при заданном напряжении. В большинстве случаев чем больше сопротивление цепи, тем меньше ток. Если сопротивление уменьшить, то ток возрастет. Эта зависимость имеет линейный характер и известна как закон Ома.
Рис. 38. Зависимость напряжения от тока в цепи постоянного сопротивления. Под линейно-пропорциональной характеристикой подразумевается, что если одна единица отношения увеличивается или уменьшается на определенный процент, другие переменные отношения увеличиваются или уменьшаются на тот же процент. Например, если напряжение на резисторе удвоится, то ток через резистор удвоится. Следует добавить, что это соотношение справедливо только в том случае, если сопротивление в цепи остается постоянным.
Ведь видно, что при изменении сопротивления меняется и ток. График этой зависимости показан на рис. 38, где используется постоянное сопротивление 20 Ом. Зависимость между напряжением и током в этом примере показывает напряжение, отложенное горизонтально по оси X в значениях от 0 до 120 вольт, а соответствующие значения тока отложены вертикально в значениях от 0 до 6,0 ампер по оси Y. Прямая линия, проведенная через все точки пересечения линий напряжения и тока, представляет собой уравнение 9.0002 I = E⁄20 и называется линейной зависимостью.
Закон Ома может быть выражен в виде следующего уравнения:
Уравнение 1 Где I — ток в амперах, E — разность потенциалов, измеренная в вольтах, а R — сопротивление, измеренное в омах. Если известны любые две из этих схемных величин, третью можно найти простым алгебраическим преобразованием. С помощью этого уравнения мы можем рассчитать ток в цепи, если известны напряжение и сопротивление. Эту же формулу можно использовать для расчета напряжения.
