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

Профессиональный электрик, специалист-электронщик не может обойти закон Ома в своей деятельности, решая любые задачи, связанные с наладкой, настройка, ремонт электронных и электрических схем.

Собственно, понимание этого закона нужно каждому. Потому что каждому в повседневной жизни приходится иметь дело с электричеством.

И хотя закон немецкого физика Ома предусмотрен курсом средней школы, на практике его не всегда своевременно изучают. Поэтому мы рассмотрим в нашем материале такую ​​актуальную для жизни тему и разберемся с вариантами написания формулы.

Содержание статьи:

• Отдельный участок и полная электрическая цепь
  • Расчет действующего участка электрической цепи
  • Вариант расчета для полной цепи
  • Рассмотрение закона на переменную

14 Серия и
14 параллельное соединение элементов
• Резисторная схема
• Цепь из параллельно соединенных 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 цепи закона Ома, следует отметить два возможных варианта расчета: для одиночного участка и для полноценной схемы.

Расчет токового участка электрической цепи

Участком цепи, как правило, считается часть цепи, за исключением источника ЭДС, имеющая добавочное внутреннее сопротивление.

Следовательно, формула расчета в данном случае выглядит просто:

I = U/R ,

Где соответственно:

• I — сила тока;
• У — приложенное напряжение;
• R — сопротивление.

Толкование формулы простое — ток, протекающий по определенному участку цепи, пропорционален приложенному к нему напряжению, а сопротивление обратно пропорционально.

Так называемая графическая «ромашка», посредством которой представлена ​​вся совокупность вариаций формулировок, основанных на законе Ома. Удобный инструмент для карманного хранения: сектор «П» — силовые формулы; сектор «U» — формулы напряжения; сектор «I» — текущие формулы; сектор «R» — формулы сопротивлений

Таким образом, формула наглядно описывает зависимость тока, протекающего через отдельный участок электрической цепи, относительно определенных значений напряжения и сопротивления.

Формулой удобно пользоваться, например, рассчитывая параметры сопротивления, которое необходимо впаять в схему, если указано напряжение с током.

Закон Ома и два следствия, которые должен иметь каждый профессиональный электрик, инженер-электрик, инженер-электронщик и все, кто связан с работой электрических цепей. Слева направо: 1 — обнаружение тока; 2 — определение сопротивления; 3 — определение напряжения, где I — сила тока, U — напряжение, R — сопротивление

Приведенный выше рисунок поможет определить, например, ток, протекающий через сопротивление 10 Ом, к которому приложено напряжение 12 вольт. Подставив значения, находим — I = 12/10 = 1,2 ампера.

Аналогично решаются задачи нахождения сопротивления (когда известны ток с напряжением) или напряжения (когда известны напряжение с током).

Таким образом, всегда можно подобрать необходимое рабочее напряжение, необходимую силу тока и оптимальный резистивный элемент.

Формула, которую предлагается использовать, не требует учета параметров источника напряжения. Однако схема, содержащая, например, батарею, будет рассчитываться по другой формуле. На схеме: А — включение амперметра; V — включение вольтметра.

Кстати, соединительные провода любой цепи резистивные. Величина нагрузки, которую они должны нести, определяется напряжением.

Соответственно опять же используя закон Ома появляется возможность точно подобрать необходимое сечение проводника в зависимости от материала жилы.

У нас на сайте есть подробная инструкция по мощности и току.

Вариант расчета для полной цепи

Полная цепь — это уже сайт(ы), а также источник ЭМП. То есть фактически к существующей резистивной составляющей участка цепи добавляется внутреннее сопротивление источника ЭДС.

Поэтому логично некоторое изменение приведенной выше формулы:

I = U / (R + r)

Конечно, значение внутреннего сопротивления ЭДС по закону Ома для полной электрической цепи может быть считается пренебрежимо малым, хотя во многом эта величина сопротивления зависит от структуры источника ЭДС.

Однако при расчете сложных электронных схем, электрических цепей с множеством проводников наличие добавочного сопротивления является важным фактором.

При расчетах в полноценной электрической цепи всегда учитывается резистивная величина источника ЭДС. Это значение добавляется к сопротивлению самой электрической цепи. На схеме: I — протекание тока; R — внешний резистивный элемент; r — коэффициент сопротивления ЭДС (источника энергии)

Как для участка цепи, так и для всей цепи следует учитывать естественный момент — применение постоянного или переменного тока.

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

Рассмотрение закона переменной

Понятие «сопротивление» условиям прохождения переменного тока следует рассматривать скорее как понятие «импеданс». Это комбинация активной резистивной нагрузки (Ra) и нагрузки, образованной реактивным резистором (Rr).

Такие явления обусловлены параметрами индуктивных элементов и законами переключения применительно к переменной величине напряжения — синусоидальной величине тока.

Это, по-видимому, схема замещения электрической цепи переменного тока для расчета с использованием формулировок, основанных на принципах закона Ома: R — резистивная составляющая; C — емкостная составляющая; L — индуктивная составляющая; ЭМП является источником энергии; I-текущий поток

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

Расчет таких явлений проводят по формуле:

Z = U / I или Z = R + J * (X _L — X _C )

Где: Z Z Z — импеданс; Р — активная нагрузка; Х _Д , X _C — индуктивная и емкостная нагрузка; Дж — коэффициент.

Последовательное и параллельное соединение элементов

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

Соответственно каждому типу соединения сопутствует различный характер протекания тока и подачи напряжения. В связи с этим по-разному действует и закон Ома, в зависимости от варианта включения элементов.

Цепь резистора

По отношению к последовательному соединению (участок цепи с двумя компонентами) используется следующая формула:

• I = i ₁ = I ₂ ;
• У = У ₁ + У ₂ ;
• R = R ₁ + R ₂

Эта формулировка наглядно демонстрирует, что независимо от числа резистивных элементов, соединенных последовательно, ток в цепи не меняется.

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

Величина напряжения, приложенного к активным резистивным элементам цепи, представляет собой сумму полного значения ЭДС источника.

Напряжение на каждом отдельном компоненте равно: Ux = I * Rx .

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

Цепь из параллельно соединенных резистивных элементов

В случае, когда имеется параллельное соединение резистивных элементов, справедливой по отношению к закону немецкого физика Ома считается следующая формула:

• I = i ₁ + I ₂ … ;
• U = U ₁ = U ₂ … ;
• 1/R = 1/R ₁ + 1/R ₂ + …

Не исключены варианты составления участков схемы «смешанного» типа при использовании параллельного и последовательного соединения.

Соединение резистивных элементов в цепи параллельно друг другу. Для этого варианта действует свой закон расчета. На схеме: I, I1, I2 — протекание тока; R1, R2 — резистивные элементы; U — суммарное напряжение; А, В — точки входа/выхода

Для таких вариантов расчет обычно проводится путем первоначального расчета резистивного номинала параллельного соединения. Затем к результату добавляется номинал резистора, соединенного последовательно.

Интегральные и дифференциальные формы права

Все вышеперечисленные пункты с расчетами применимы к условиям, когда в электрических цепях используются проводники «однородной» структуры.

Между тем на практике часто приходится иметь дело с построением схемы, где структура проводников меняется на разных участках. Например, используются провода большего сечения или, наоборот, меньшего, изготовленные на основе разных материалов.

Для учета таких различий существует разновидность так называемого «дифференциально-интегрального закона Ома». Для бесконечно малого проводника рассчитывается уровень плотности тока в зависимости от силы и проводимости.

При дифференциальном расчете принимается формула: J = ό * E

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

Однако эти примеры более близки к школе высшей математики и на практике простой электрик фактически не используется.

Выводы и полезное видео по теме

Подробный разбор закона Ома в видео ниже поможет окончательно закрепить знания в этом направлении.

Своеобразный видеоурок качественно подкрепляет теоретическое письменное изложение:

Работа электрика или деятельность электронщика неразрывно связана с моментами, когда действительно приходится соблюдать закон Георга Ома в действии. Это общие истины, которые должен знать каждый профессионал.

Обширных знаний в этом вопросе не требуется — достаточно выучить три основных варианта формулировок, чтобы успешно применять их на практике.

Хотите дополнить вышеизложенный материал ценными комментариями или высказать свое мнение? Пожалуйста, пишите комментарии в блоке под статьей. Если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь задавать их нашим специалистам.

Значение закона Ома: краткий обзор основ

• Новостная рассылка
• Белая бумага
• Вебинары

Откройте для себя PCIM Europe

• Продукты и приложения
• Новости отрасли
• Исследования и разработки
• Инструменты и программное обеспечение
• Эксперты
• Услуги

27.01.2023 От Люк Джеймс

Связанные поставщики

EA Elektro-Automatik GmbH & Co. KG РОМ Полупроводник ГмбХ Файнпауэр ГмбХ

Закон Ома, возможно, является одним из наиболее важных принципов силовой электроники и лежит в основе проектирования электронных схем. В этой статье вы узнаете все, что вам нужно знать!

(Источник: shaiith — stock.adobe.com)

Что такое закон Ома?

Закон Ома — это формула, которая используется для расчета соотношения между напряжением, током и сопротивлением в электрической цепи. Это три наиболее важных параметра схемы в электронике, поэтому закон Ома является важным принципом, который должен понимать любой начинающий инженер-электрик.

Сегодня закон Ома используется во всех отраслях электротехники, особенно при проектировании электронных схем. Он используется для расчета номинала резисторов, необходимых в цепях, а также может использоваться для определения тока, протекающего в цепи, где можно легко измерить напряжение на известном резисторе.

Закон Ома также используется во множестве расчетов во всех формах проектирования электронных схем, от самых простых до очень сложных. Фактически везде, где течет ток, действует закон Ома.

Определение закона Ома

Закон, утверждающий, что электрический ток пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.

Какова формула закона Ома?

Закон Ома гласит, что ток через компонент, такой как резистор или диод, равен напряжению на этом компоненте, деленному на сопротивление этого соединения. Это можно выразить тремя простыми взаимозаменяемыми формулами (см. рис. 1)

Рис. 1. На этом изображении показаны три формулы закона Ома.

(Источник: petrroudny — stock.adobe.com)

Каждая из этих формул по существу одинакова. Ни один из них не признан «официальным»; все три используются различными источниками.

Взаимозаменяемость уравнения также означает, что его иногда представляют в виде треугольника, где V (напряжение) находится в верхней части, I (ток) — внизу слева, а R (сопротивление) — внизу справа.

Посмотрите это видео, чтобы увидеть объяснение закона Ома с практическим примером того, как использовать его в простой цепи, в последовательной цепи, а также в параллельной цепи:

История закона Ома

В 1826 году Георг Саймон Ом опубликовал статьи, в которых представил математическую модель того, как электрические цепи отводят тепло. В мае 1827 года Ом опубликовал Die galvanische Kette, mathematisch Bearbeitet, в которой описал взаимосвязь между электродвижущей силой, током и сопротивлением, позже известную как закон Ома. Эта работа была вдохновлена ​​работой Жана-Батиста Жозефа Фурье по теплопроводности.

Закон Ома был определен Георгом Симоном Омом (1789 г.- 1854), немецкий физик и математик.

(Источник: архивариус — stock.adobe.com)

Ом использовал гальванометр для измерения тока и знал, что напряжение между клеммами термопары пропорционально температуре перехода. Затем он добавил тестовые провода, диаметр и материал, чтобы завершить схему, и обнаружил, что его данные можно смоделировать с помощью уравнения закона Ома.

Несмотря на то, что критики отнеслись к его работе враждебно, охарактеризовав ее как фантастику, закон Ома в настоящее время признан одним из наиболее важных из ранних количественных описаний физики электричества. Сегодня это считается очевидным, но в то время было трудно доказать.

Какую роль играет закон Ома в силовой электронике?

Закон Ома позволяет инженерам определять характеристики цепи, например, величину тока, протекающего через нее, и величину сопротивления, если известно напряжение батареи в цепи. Поэтому его можно использовать для управления величиной тока в цепи, позволяя инженерам добавлять и удалять резисторы для уменьшения или увеличения величины тока, необходимого в различных приложениях.

Закон Ома также может быть расширен для описания электрической мощности (т. е. скорости потока энергии в секунду), поскольку мощность P = IV, и поэтому инженеры могут использовать его, чтобы гарантировать, что их схема обеспечивает достаточно энергии для удовлетворения потребностей, например, 80-ваттный прибор.

Вкратце, три основных применения закона Ома:

• Определение напряжения, сопротивления или силы тока в электрической цепи.
• Поддержание желаемого падения напряжения на электронных компонентах.
• Отвод тока в амперметрах постоянного тока и других шунтах постоянного тока.

Ограничения закона Ома

Подобно закону Мура, некоторые законы в отрасли силовой электроники противоречивы или не могут применяться безоговорочно. Это приводит к следующему вопросу: Всегда ли верен закон Ома? Хотя закон Ома играет фундаментальную роль в электротехнике, необходимо помнить о некоторых ключевых ограничениях.

Во-первых, закон Ома не применяется к односторонним электрическим компонентам. К ним относятся, например, диоды и транзисторы, несмотря на то, что они пропускают ток только в одном направлении. Во-вторых, уровень напряжения не будет соответствовать времени для нелинейных электронных компонентов, обладающих такими свойствами, как емкость и сопротивление.