Закон Ома для полной цепи и для участка цепи: формулы, описание и объяснение

Закон Ома для полной цепи и для участка цепи: варианты записи формулы, описание и объяснение

Профессиональному электрику, специалисту электронщику никак не обойти в собственной деятельности закон Ома, решая любые задачи, связанные с наладкой, настройкой, ремонтом электронных и электрических схем.

Собственно, понимание этого закона необходимо каждому. Потому что каждому в быту приходится иметь дело с электричеством.

И хотя учебным курсом средней школы закон немецкого физика Ома и предусмотрен, но на практике не всегда своевременно изучается. Поэтому рассмотрим здесь эту актуальную для жизни тему и разберемся во всех тонкостях.

Содержание статьи:

• Отдельный участок и полная электрическая цепь
  • Расчета для участка электрической схемы
  • Вариант расчета для полной цепи
  • Рассмотрение действия закона к переменной величине
• Последовательное и параллельное включение элементов
  • Цепь последовательно включенных резистивных элементов
  • Цепь параллельно включенных резистивных элементов
  • Интегральная и дифференциальная формы закона
• Выводы и полезное видео по теме

Отдельный участок и полная электрическая цепь

Рассматривая электрическую цепь с точки зрения применения к схеме закона Ома, следует отметить два возможных варианта расчета: для отдельно взятого участка и для полноценной схемы.

Расчета для участка электрической схемы

Участком электрической цепи, как правило, рассматривается часть схемы, исключающая источник ЭДС, как обладающий дополнительным внутренним сопротивлением.

Поэтому расчетная формула, в данном случае, выглядит просто:

I = U/ R,

Где, соответственно:

• I – сила тока;
• U – приложенное напряжение;
• R – сопротивление.

Следуя формулировке закона Ома для участка электрической цепи, становится очевидной величина тока, выраженная прямо пропорционально напряжению и обратно пропорционально резистивному значению.

Так называемая графическая «ромашка», посредством которой представлен весь набор вариаций формулировок, основанных на законе Ома. Удобный инструмент для карманного хранения: сектор «P» — формулы мощности; сектор «U» — формулы напряжения; сектор «I» — формулы тока; сектор «R» — формулы сопротивления

Таким образом, формулой чётко описывается зависимость протекания тока по отдельному участку электрической цепи относительно определенных значений напряжения и сопротивления.

Применимость закона очевидна, когда, к примеру, требуется расчет резистора под внедрение на участке электрической схемы. Этим же законом пользуются с целью определения силы проводимого через участок тока или необходимой величины напряжения, подводимого к участку схемы.

Три основных вариации формулировок закона Ома, которыми необходимо владеть каждому профессиональному электромеханику, инженеру-электрику, электронщику и всем, кто связан с работой электрических цепей. Слева направо: 1 — определение тока; 2 — определение сопротивления; 3 — определение напряжения, где I — сила тока, U — напряжение, R — сопротивление

Возьмем в качестве эксперимента постоянный резистор номинальным значением 10 Ом для включения этого электронного компонента на участке электрической цепи с подведенной величиной напряжения 12 вольт.

Тогда, чтобы рассчитать протекающий через резистивный элемент ток, достаточно воспользоваться уже знакомой формулой, подставив реальные значения: I = 12 / 10.

В результате получится вычисленное значение – 1,2 A (ампер), сила текущего через резистор тока. Так, пользуясь традиционной формулой для участка электрической цепи, открываются возможности вычислять любой из трех параметров.

Тем самым всегда можно подобрать требуемое рабочее напряжение, нужную силу тока и оптимальный резистивный элемент.

Применением закона Ома к участку цепи предполагается исключение из расчетов резистивного значения источника энергии. Этим фактором расчет отличается от расчета, применимого к полной цепи. На схеме: А — включение амперметра; V — включение вольтметра

Кстати, в качестве резистивного элемента на участке цепи выступает непосредственно проводник. Провод (алюминиевый или медный), не является идеальным проводником и обладает определенным сопротивлением.

Соответственно, опять же пользуясь законом Ома, становится допустимым точный подбор необходимого сечения проводника, в зависимости от материала жилы.

Вариант расчета для полной цепи

Полноценную цепь составляет уже участок (участки), а также источник ЭДС. То есть, фактически к существующему резистивному компоненту участка цепи добавляется внутреннее сопротивление источника ЭДС.

Поэтому логичным является некоторое изменение выше рассмотренной формулы:

I = U / (R + r)

Конечно, значение внутреннего сопротивления ЭДС в законе Ома для полной электрической цепи можно считать ничтожно малым, правда во многом это значение сопротивления зависит от структуры источника ЭДС.

Тем не менее, при расчетах сложных электронных схем, электрических цепей с множеством проводников, наличие дополнительного сопротивления является важным фактором.

Для расчетов в условиях полноценной электрической цепи всегда берется к учету резистивное значение источника ЭДС. Это значение суммируется с резистивным сопротивлением непосредственно электрической цепи. На схеме: I — прохождение тока; R — резистивный элемент внешний; r — резистивный фактор ЭДС (источника энергии)

Как для участка цепи, так и для полной схемы следует учитывать естественный момент – использование тока постоянной или переменной величины.

Если отмеченные выше моменты, характерные для закона Ома, рассматривались с точки зрения использования постоянного тока, соответственно с переменным током всё выглядит несколько иначе.

Рассмотрение действия закона к переменной величине

Понятие «сопротивление» к условиям прохождения переменного тока следует рассматривать уже больше как понятие «импеданса».  Здесь имеется в виду сочетание активной резистивной нагрузки (Ra) и нагрузки, образованной реактивным резистором (Rr).

Обусловлены подобные явления параметрами индуктивных элементов и законами коммутации применительно к переменной величине напряжения — синусоидальной величине тока.

Такой видится эквивалентная схема электрической цепи переменного тока под расчет с применением формулировок, исходящих из принципов закона Ома: R — резистивная составляющая; С — емкостная составляющая; L — индуктивная составляющая; ЭДС -источник энергии; I -прохождение тока

Другими словами, имеет место эффект опережения (отставания) токовых значений от значений напряжения, что сопровождается появлением активной (резистивной) и реактивной (индуктивной или емкостной) мощностей.

Расчёт подобных явлений ведётся при помощи формулы:

Z = U / I или Z = R + J * (XL — XC)

где: Z – импеданс; R – активная нагрузка; XL , XC – индуктивная и емкостная нагрузка; J – коэффициент.

Последовательное и параллельное включение элементов

Для элементов электрической цепи (участка цепи) характерным моментом является последовательное либо параллельное соединение.

Соответственно, каждый вид соединения сопровождается разным характером течения тока и подводкой напряжения. На этот счёт закон Ома также применяется по-разному, в зависимости от варианта включения элементов.

Цепь последовательно включенных резистивных элементов

Применительно к последовательному соединению (участку цепи с двумя компонентами) используется формулировка:

• I = I1 = I2 ;
• U = U1 + U2 ;
• R = R1 + R2

Такая формулировка явно демонстрирует, что, независимо от числа последовательно соединенных резистивных компонентов, ток, текущий на участке цепи, не меняет значения.

Соединение резистивных элементов на участке схемы последовательно один с другим. Для этого варианта действует свой закон расчета. На схеме: I, I1, I2 — прохождение тока; R1, R2 — резистивные элементы; U, U1, U2 — приложенное напряжение

Величина напряжения, приложенного к действующим резистивным компонентам схемы, является суммой и составляет в целом значение источника ЭДС.

При этом напряжение на каждом отдельном компоненте равно: Ux = I * Rx.

Общее сопротивление следует рассматривать как сумму номиналов всех резистивных компонентов цепи.

Цепь параллельно включенных резистивных элементов

На случай, когда имеет место параллельное включение резистивных компонентов, справедливой относительно закона немецкого физика Ома считается формулировка:

• I = I1 + I2 … ;
• U = U1 = U2 … ;
• 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + …

Не исключаются варианты составления схемных участков «смешанного» вида, когда используется параллельное и последовательное соединение.

Соединение резистивных элементов на участке цепи параллельно один с другим. Для этого варианта применяется свой закон расчета. На схеме: I, I1, I2 — прохождение тока; R1, R2 — резистивные элементы; U — подведённое напряжение; А, В — точки входа/выхода

Для таких вариантов расчет обычно ведется изначальным расчетом резистивного номинала параллельного соединения. Затем к полученному результату добавляется номинал резистора, включенного последовательно.

Интегральная и дифференциальная формы закона

Все вышеизложенные моменты с расчетами применимы к условиям, когда в составе электрических схем используются проводники, так сказать, «однородной» структуры.

Между тем на практике нередко приходится сталкиваться с построением схематики, где на различных участках структура проводников меняется. К примеру, используются провода большего сечения или, напротив, меньшего, сделанные на основе разных материалов.

Для учёта таких различий существует вариация, так называемого, «дифференциально-интегрального закона Ома». Для бесконечно малого проводника рассчитывается уровень плотности тока в зависимости от напряженности и величины удельной проводимости.

Под дифференциальный расчет берется формула: J = ό * E

Для интегрального расчета, соответственно, формулировка: I * R = φ1 – φ2 + έ   

Однако эти примеры скорее уже ближе к школе высшей математики и в реальной практике простого электрика фактически не применяются.

Выводы и полезное видео по теме

Подробный разбор закона Ома, посредством видеоролика представленного ниже, поможет окончательно закрепить знания в этом направлении.

Своеобразный видеоурок качественно подкрепляет теоретическое письменное изложение:

Работа электрика или деятельность электронщика неотъемлемо связана с моментами, когда реально приходится наблюдать закон Георга Ома в действии. Это своего рода прописные истины, которые следует знать каждому профессионалу.

Собственно, объёмных знаний по данному вопросу не требуется — достаточно выучить три основных вариации формулировки, чтобы успешно применять на практике.

Источник

Закон Ома: Полное руководство

На этой странице:

Закон Ома является одним из наиболее важных и фундаментальных законов, когда речь идет об управлении электрическими цепями и системами. Кто-то может возразить, что закон Ома так же важен для студентов-электриков и проектирования электротехники, как законы Эйнштейна для физиков.

Закон Ома связывает ток, сопротивление и напряжение в простом уравнении. Если мы знаем любую из двух основных величин (напряжение, ток или сопротивление), мы можем использовать закон Ома для расчета третьей.

В этой статье мы рассмотрим, что такое закон Ома, как мы используем различные формулы, а также ответим на некоторые из наиболее часто задаваемых вопросов о нем.

Что такое закон Ома?

Закон Ома — это расчет, который используется для определения и определения взаимосвязи между напряжением, током и сопротивлением в электрической цепи. Закон Ома гласит, что ток через проводник между двумя разными точками пропорционален величине напряжения на точках.

Закон Ома, названный в честь немецкого физика Георга Ома, рассматривает и принимает во внимание ключевые величины, которые используются и обнаруживаются в электрических цепях. Ключевыми величинами в электрической цепи являются напряжение (В), ток (I) и сопротивление (Ом). Если какая-либо из двух ключевых величин известна, вы можете применить закон Ома для определения недостающей величины с помощью треугольника закона Ома (подробнее об этом позже).

Это привело к открытию уравнений закона Ома V=IR или I=V/R или R=V/I. Мы подробно рассмотрим все уравнения ниже, но давайте начнем с основ.

Кто открыл закон Ома?

Георг Ом

Георг Саймон Ом открыл закон Ома , когда он описал математическую зависимость, возникающую между напряжением, током и сопротивлением в электрических цепях. Закон Ома был назван в честь немецкого физика Георга Ома. Георг Ом жил с 1789 по 1854 год. Она была опубликована в его статье 1827 года, которая называлась «Математическое исследование гальванической цепи».

Уравнение закона Ома

Уравнение закона Ома использует основные величины, которые находятся в электрической цепи или системе. Как мы уже говорили ранее, мы должны знать любую из двух-трех величин, чтобы использовать закон Ома. Тремя основными величинами являются напряжение, ток и сопротивление. В законе Ома используется простой треугольник, чтобы упростить использование уравнения.

Формулы для закона Ома выглядят следующим образом:

I = V/R или V = IR или R = V/I

• I = ток
• V = напряжение
Сопротивление

Треугольник закона Ома

Это треугольник закона Ома, ниже вы увидите, как использовать треугольник. Как мы уже говорили ранее, мы должны знать любую из двух основных величин, чтобы вычислить третью. Треугольник дает простое визуальное представление о том, как использовать формулу закона Ома.

Ниже мы рассмотрим несколько примеров того, как использовать треугольник закона Ома при расчете напряжения, тока и сопротивления.

Чтобы найти уровень напряжения с помощью треугольника закона Ома

Треугольник закона Ома для расчета напряжения

Вольт (В) = Ампер (I) x Сопротивление (Ом) используйте значения тока и сопротивления в приведенной выше формуле.

Чтобы найти напряжение (В) по закону Ома, мы используем формулу – Напряжение (В) = Ток (I) x Сопротивление (Ом)

Чтобы найти уровень тока с помощью треугольника закона Ома

Треугольник закона Ома для расчета тока

Ампер (I) = Напряжение (В) ÷ Сопротивление (Ом)

можно использовать значения напряжения и сопротивления в приведенной выше формуле.

Чтобы найти ток (I), используя закон Ома, мы используем формулу – Ток (I) = Напряжение (В) ÷ Сопротивление (Ом)

Чтобы найти уровень сопротивления, используя треугольник закона Ома

Треугольник закона Ома для расчета сопротивления

Сопротивление (Ом) = Напряжение (В) ÷ Ампер (I)

Если мы не знаем значения сопротивления, мы можем использовать значения напряжения и тока в приведенной выше формуле.

Чтобы найти Сопротивление (Ом) по закону Ома, мы используем формулу – Сопротивление (Ом) = Напряжение (В) ÷ Ток (I)

В некоторых вариантах напряжения ( ) может быть выражен как E — это потому, что некоторые люди используют E для обозначения напряжения на источнике питания, таком как батареи или электрические генераторы.

Если какое-либо из двух значений известно, вы можете использовать приведенные выше уравнения, чтобы узнать третье значение.

Теперь мы применим формулы на практике и используем их в примерах ниже, чтобы найти значения.

Несколько примеров использования закона Ома

Ниже мы рассмотрим несколько примеров использования закона Ома на ряде электрических цепей с отсутствующим значением ключа. Применим формулу закона Ома для расчета недостающих значений.

Для расчета напряжения (В)

Используя треугольник закона Ом, мы видим, что нам нужно выполнить расчет:

В или E = I X R

В или E = 4 A X 14 Ом = 56 В

56 В = 4 A x 14 Ом

Ответ: 56 Вольт

Для расчета силы тока (А)

Используя треугольник закона Ом, мы видим, что нам нужно выполнить расчет:

I = V или E ÷ R

I = 12 В ÷ 6 Ом = 2 А

2 А = 12 В ÷ 6 Ом

Ответ: 2 Ампера

Для расчета сопротивления (Ом)

Используя треугольник закона Ом, мы видим, что нам нужно выполнить расчет:

R = V или E ÷ I

R = 48 В ÷ 10 А = 4,8 Ом

4,8 Ом = 48 В ÷ 10 А

Ответ: 4,8 Ом

Почему напряжение обозначается буквой Е в законе Ома?

Буква E в законе Ома означает электромагнитную силу или по-немецки «Elektromotorische Kraft». Это связано с тем, что термин «напряжение» не использовался, поскольку вольт не был общепризнанной единицей измерения примерно до 1881 года.0003

Вольт был назван в честь Алессандро Вольта, итальянского физика, который изобрел батарею.

Почему ток обозначается буквой I в законе Ома?

I в законе Ома на самом деле происходит от немецкого слова «Intensität», которое в переводе с немецкого означает интенсивность. Это на самом деле имеет большой смысл, когда Георг Ом разработал закон Ома в 1827 году, он заявил, что ток зависит от его потока или интенсивности.

Буква А использовалась в 1820 году для обозначения тока, когда французский физик Андре-Мари Ампер разработал закон Ампера.

Применение закона Ома

Закон Ома используется для определения ряда вещей, которые вы будете использовать или видеть вокруг себя в повседневной жизни. Ниже мы приведем несколько примеров использования формул Георга Ома.

• Бытовые электрические вентиляторы – скорость электрического вентилятора регулируется поворотным переключателем на стене или нажатием кнопки скорости. Это означает, что ток контролируется путем регулирования или регулировки сопротивления через устройство регулятора, которое затем отправляется на выходную клемму, чтобы сообщить двигателю, на какой скорости работать. Вы можете рассчитать значение входа здесь, взяв любое из двух фиксированных показаний — сопротивление, ток или напряжение.
• Электронные схемы – в электронных схемах применяется закон Ома для преднамеренного падения напряжения. Падение напряжения требуется в электронных схемах, чтобы обеспечить определенный уровень напряжения для различных компонентов в цепи.
• Чайники и утюги – резисторы используются в электрических чайниках и утюгах. Работа резистора состоит в том, чтобы ограничить количество тока, протекающего через них, чтобы дать прибору требуемый/правильный уровень тепла. Чтобы решить, какой размер резистора требуется, используется закон Ома.
• Конструкция плавких предохранителей – плавкий предохранитель представляет собой тип защитного устройства, используемого в электрических системах для ограничения величины тока, протекающего по цепи, и надлежащего уровня напряжения. Закон Ома применяется, чтобы решить, какой размер резисторов используется в предохранителях.

Закон Ома и электрическая формула PIR

Используя тот же метод треугольника Ома, мы можем использовать следующее колесо для расчета мощности (Вт), напряжения (В), силы тока (I) и сопротивления (R). . 92 x R

Что такое I в законе Ома?

I обозначает ток по закону Ома, который измеряется в амперах.

Что такое V в законе Ома?

В обозначает напряжение по закону Ома, которое измеряется в вольтах.

Что такое R в законе Ома?

R обозначает сопротивление по закону Ома, которое измеряется в Омах.

Можно ли применить закон Ома к любой электрической цепи?

Нет, закон Ома нельзя применить к каждой электрической цепи, так как он имеет некоторые ограничения. Чтобы понять эти ограничения, ознакомьтесь с нашей статьей здесь.

Лиам Коуп

Привет, меня зовут Лиам. Я основал Engineer Fix с целью предоставить студентам, инженерам и людям, которые могут быть любопытны, онлайн-ресурс, который может упростить проектирование.

Я работал на различных инженерных должностях, выполняя бесчисленное количество часов механических и электрических работ/проектов. Я также прошел 6-летнее обучение, которое включало повышение квалификации и получение степени HNC в области электротехники.

Закон Ома — главная страница

Закон Ома — главная страница ОМ ЗАКОН

ЦЕЛИ ЭТОГО САЙТА:

Концепции

• Чем больше батарея напряжение, тем больше ток.
• ток прямо пропорциональна напряжению. Например, 12-вольтовая батарея будет производить в два раза больше тока, чем у 6-вольтовой батареи, пока каждая из них подключена к той же цепи.
• Сопротивление определяется как отношение используемого напряжения к току, вырабатываемому в цепи. (Сопротивление = Напряжение/Ток)
• Это уравнение называют как закон Ома. Назван в честь немецкого физика, открывшего это, Георг Ом.
• Единица СИ для сопротивления называется Ом. Обозначается заглавной греческой буквой. Омега.

Приложения Закона Ома

• Основное приложение Закон Ома используется при построении электрических устройств. Большинство приборов требуется определенное количество напряжения и тока для работы. Выяснить наиболее эффективный способ получить правильный ток, используется закон Ома. Ома Закон может сказать вам, какое сопротивление вам нужно, чтобы установить определенный ток. с определенным напряжением.
• Резисторы очень важны в электрических цепях. Они используются для ограничения количества текущих поездок через цепь и установить определенные уровни напряжения. Закон Ома используется, чтобы выяснить, какие резисторы необходимы.
• Без закона Ома мы не смог бы выяснить, какое сопротивление необходимо в цепи, и поэтому либо слишком большой, либо слишком маленький ток или напряжение будут произведено.






Формулы

• Сопротивление равно Напряжение, деленное на ток.
• Единица измерения сопротивления это Ом , который представлен греческой заглавной буквой Омега. (Вт)
• Единица тока это ампер, также известный как ампер. Он представлен столицей буква А. ( А)
• Единица измерения напряжения составляет вольт. Обозначается заглавной буквой V. (V)

Используемая формула чтобы показать закон Ома W = В/А. Вариантом этого является напряжение, равное амперам, умноженным на сопротивление, который отображается как V=AW.

Примеры задач

Пример задачи 1
  Цепь через него проходит 7 вольт. В итоге получается 4,37 Ампер. Решите величину сопротивления.

Решение
R = В   = 7 В    = 1,60 Вт
А    4,37 А


Пример задачи 2
 Есть 3 вольта по цепи.