Site Loader
Posted on 05.02.1986

Содержание

Закон Ома для участка цепи и полной цепи. Общие методы эквивалентного презентация, доклад, проект

Слайд 1
Текст слайда:

Закон Ома для участка цепи и полной цепи. Общие методы эквивалентного преобразования схем.

Слайд 2
Текст слайда:

Закон Ома, основанный на опытах, представляет собой в электротехнике основной закон, который устанавливает связь силы электрического тока с сопротивлением и напряжением.
Строгая формулировка закона Ома для участка цепи может быть записана так: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на его концах (разности потенциалов) и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника.
Формула закона Ома записывается в следующем виде:

Слайд 3
Текст слайда:

где
I – сила тока в проводнике, единица измерения силы тока — ампер [А];
U – электрическое напряжение (разность потенциалов), единица измерения напряжения- вольт [В];
R – электрическое сопротивление проводника, единица измерения электрического сопротивления — ом [Ом].

Согласно закону Ома, увеличение напряжения, например, в два раза при фиксированном сопротивлении проводника, приведёт к увеличению силы тока также в два раза

Слайд 4
Текст слайда:

И напротив, уменьшение тока в два раза при фиксированном напряжении будет означать, что сопротивление увеличилось в два раза.

Существует мнемоническое правило для запоминания этого закона, которое можно назвать треугольник Ома. Изобразим все три характеристики (напряжение, сила тока и сопротивление) в виде треугольника. В вершине которого находится напряжение, в нижней левой части – сила тока, а в правой – сопротивление.

Слайд 5
Текст слайда:

Правило работы такое: закрываем пальцем величину в треугольнике, которую нужно найти, тогда две оставшиеся дадут верную формулу для поиска закрытой.

Слайд 6
Текст слайда:

Рис.1. Участок цепи

Рис.2. Полная цепь

Слайд 7
Текст слайда:

Проводники в электрических цепях могут соединяться последовательно и параллельно. Смешанное соединение сочетает оба эти соединения.
Сопротивление, при включении которого вместо всех других проводников, находящихся между двумя точками цепи, ток и напряжение остаются неизменными, называют эквивалентным сопротивлением этих проводников.
Последовательным называется соединение, при котором каждый проводник соединяется только с одним предыдущим и одним последующим проводниками.
Как следует из первого правила Кирхгофа, при последовательном соединении проводников сила электрического тока, протекающего по всем проводникам, одинакова (на основании закона

Слайд 8
Текст слайда:

сохранения заряда).
1. При последовательном соединении проводников (рис. 1) сила тока во всех проводниках одинакова: I1 = I2 = I3 = I

Рис. 1. Последовательное соединение двух проводников.
2. Согласно закону Ома, напряжения U1 и U2 на проводниках равны U1 = IR1,  U2 = IR2, U3 = IR3.
Напряжение при последовательном соединении проводников равно сумме напряжений на отдельных участках (проводниках) электрической цепи.
U = U1 + U2 + U3

Слайд 9
Текст слайда:

По закону Ома, напряжения U1, U2 на проводниках равны U1 = IR1,  U2 = IR2, В соответствии вторым правилом Кирхгофа напряжение на всем участке:
U = U1 + U2 = IR1+ IR2 = I(R1+ R2)= I·R. Получаем: R = R1 + R2 
Общее напряжение U на проводниках равно сумме напряжений U1, U2 ,U3 равно: U = U1 + U2 + U3 = I·(R1 + R2 + R3)  = IR
где RЭКВ – эквивалентное сопротивление всей цепи. Отсюда: RЭКВ = R1 + R2 + R3
При последовательном соединении эквивалентное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных участков цепи: R ЭКВ= R1 + R2 + R3+…
Этот результат справедлив для любого числа последовательно соединенных проводников.

Слайд 10
Слайд 11
Текст слайда:

Параллельным называется соединение проводников, при котором одни их концы образуют узел А, а другие – узел В.
Узловые точки (узлы) – это точки, в которых сходятся не менее трех проводников.
Параллельно соединенные проводники составляют разветвление, а каждая из них называется ветвью.
1. При параллельном соединении напряжения на всех ветвях и на всем разветвлении одинаковы, (как разности потенциалов двух точек А и В): U1=U2=U.
По первому правилу Кирхгофа (алгебраическая сумма токов, сходящихся в одном узле, равно нулю), имеем:
2. Сумма токов I1 + I2, протекающих по ветвям, равна силе тока I в неразветвленной части цепи: I = I1 + I2

Слайд 12
Текст слайда:

Записывая на основании закона Ома:

где R – электрическое сопротивление всей цепи (из двух ветвей), получим, учитывая, что напряжения одинаковы на ветвях:

Для трех проводников:

или: RЭКВ=

Этот результат справедлив для любого числа параллельно включенных проводников.

Слайд 13
Текст слайда:

Соединение элементов электрической цепи по схемам «звезда» и «треугольник»
В электротехнических и электронных устройствах элементы цепи соединяются по мостовой схеме (рис.  1.12). Сопротивления R12, R13, R24, R34 включены в плечи моста, в диагональ 1–4 включен источник питания с ЭДС Е, другая диагональ 3–4 называется измерительной диагональю моста.

Рис. 1.12

Рис. 1.13

Слайд 14
Текст слайда:

В мостовой схеме сопротивления R13, R12, R23 и R24, R34, R23 соединены по схеме «треугольник». Эквивалентное сопротивление этой схемы можно определить только после замены одного из треугольников, например треугольника R24 R34 R23 звездой R2 R3 R4 (рис. 1.13). Такая замена будет эквивалентной, если она не вызовет изменения токов всех остальных элементов цепи. Для этого величины сопротивлений звезды должны рассчитываться по следующим соотношениям:
(1.8)

Слайд 15
Текст слайда:

Для замены схемы «звезда» эквивалентным треугольником необходимо рассчитать сопротивления треугольника:
(1.9)

После проведенных преобразований (рис. 1.13) можно определить величину эквивалентного сопротивления мостовой схемы (рис.  1.12)

Слайд 16
Слайд 17
Слайд 18

Скачать презентацию

Закон Ома для участка и полной замкнутой цепи

Главная | Контакты | FAQ


В 1826 г. немецкий ученый Георг Ом экспериментально установил прямую пропорциональную зависимость между силой тока I в проводнике и напряжением U на его концах: , где G — электрическая проводимость проводника. Величина, обратная проводимости называется электрическим сопротивле­ни­ем проводника R. Таким образом, закон Ома для участка цепи, не содержа­щего источника э.д.с., имеет вид . Учитывая, что в общем случае участок цепи может содержать и э.д.с., закон Ома следует представить в виде .

Сопротивление проводника зависит от его размеров, формы и материала, из которого он изготовлен. Для однородного линейного проводника , где

l — длина, S — площадь поперечного сечения проводника, r — удельное электриче­с­кое сопротивление, зависящее от материала, из которого изготовлен проводник. Единица сопротивления 1 Ом — это сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1В течет ток в 1А.

Если цепь замкнута, то , , где R — общее сопротивление всей цепи, включая сопротивление источника э.д.с. Тогда закон Ома для замкнутой цепи следует записать , где e — алгебраическая сумма всех э.д.с., имеющихся в этой цепи.

Принято называть сопротивление источника тока r — внутренним, а сопротив­ление всей остальной цепи R — внешним. Окончательный вид формулы закона Ома для замкнутой цепи . В системе единиц СИ напряжение и э.д.с. изме­ряются в Вольтах (В), сопротив­ление — в Омах (Ом), удельное электрическое сопротивление — в Ом-метрах (Ом×м), электрическая проводимость в Сименсах (См).



 

Рис. 2.1. Отрезок проводни­ка.

Закон Ома можно записать и для плотности тока. Рассмотрим участок электрической длиной dl и поперечным сечением dS (рис.2.1). Сила тока на этом участке , сопротивление , падение на­пряжения , где Е — напряженность электрического поля в проводнике. Под­ставив эти параметры в закон Ома для участка цепи, получим . Отсюда или , где —

удельная электрическая проводи­мость проводникаили удельная электропроводность. В векторном виде имеем (единицей измерения g в системе СИ является сименс на метр (См/м)). Полученное выражение есть закон Ома в дифференциальной форме : плот­ность тока в любой точке внутри проводника прямо пропорциональна напря­женности поля в этой точке.

1.14 Сопротивление проводника. Явление сверхпроводимости.

Способность вещества проводить ток характеризуется его удельной проводи­мостьюg, либо удельным сопротивлением r. Их величина определяется химичес­кой природой проводника и условиями, в частности температурой, при которой он находится.

Для большинства металлов r растет с температурой приблизительно по линейному закону: , — удельное сопротивление при 0°С, t — температура по шкале Цельсия, a — темпе­ра­турный коэффициент сопротивления близкий к 1/273 К-1 при не очень низких темпе­ратурах. Так как R~r, то , где — сопротивление при 0°С. Преобра­зовав две последние формулы, можно записать и , где Т – температура по Кельвину. На основе температурной зависимости сопротивления метал­лов созда­ны термометры сопротивления — термисторы
, позволяющие определять температуру с точно­стью до 0.003 К.

При низких температурах нарушается линейность зависимости сопротивления металлов от температуры и при температуре 0 К наблюдается остаточное сопротивление Rост. Величина Rост зави­сит от чистоты материала и наличия в нем механических напряжений. Лишь у иде­ально чистого металла с идеально правильной кристаллической решеткой Rост ®0 при Т®0 (пунктирная часть кривой).

Кроме этого, в 1911 г. Г.Каммерлинг-Оннес обнару­жил, что при Тк = 4.1К сопротивление ртути скачкообразно уменьшается практически до нуля. Эта температура была названа

критической, а наблюдаемое яв­ление — сверхпроводимостью. Впо­следствии этот эффект был обнаружен у целого ряда дру­гих металлов (Ti, Al, Pb, Zn, V и др.) и их спла­вов в интервале температур 0.14-20 К. Вещества в сверхпроводящем состоянии обладают необычными свойствами. Однажды возбужденный в них ток может длительно существовать без источника тока. Переход в сверхпроводящее состояние сопровождается скачкообразным изме­нением теплоемкости, теплопроводности, маг­нитных свойств вещества. Выясни­лось, что внешнее магнитное поле не проникает в толщи­ну сверхпроводника, т.е. магнитная индукция внутри него всегда равна нулю. Явление сверхпроводимости объясняется на основе квантовой теории. К настоящему времени это явление обнаружено также у ряда композиционных веществ (например, соединений металлов и диэлектриков), при этом критическая температура доходит до температуры сжижения азота, что позволяет достаточно экономично использовать явление высокотемпературной сверхпроводимости в инженерной практике.
Данное явление позволяет создавать: системы передачи без потерь электрического тока по проводам из таких веществ, системы для накопления электроэнергии, мощные электромагниты, магнитные подвески для различных целей.

1.15 Работа и мощность тока, закон Джоуля-Ленца.

Определим работу, совершаемую постоянным током в проводнике, имеющем сопротивление R и находящемся под напряжением . Так как ток пред­ставляет собой перемещение заряда q под действием поля, то работу тока можно оп­ределить по формуле . Учитывая формулу и закон Ома, получим , или , или , где t — время протекания тока. Поделив обе части равенства на t, получим выраже­ния для мощности постоянного тока N

, , . Работа тока в системе единиц СИ измеряется в доулях (Дж), а мощность — в ваттах (Вт). На практике применяются также внесистемные единицы работы тока: ватт-час (Вт×ч) и киловатт-час (кВт×ч). 1Вт×ч — работа тока мощностью 1Вт в течение одного часа.

1Вт×ч=3.6×103 Дж.

Опыт показывает, что ток всегда вызывает некоторое нагревание проводника. Нагревание обусловлено тем, что кинетическая энергия движущихся по проводнику электронов (т.е. энергия тока) при каждом их столкновении с ионами металличе­ской решетки переходит в теплоту Q. Если ток идет по неподвижному металличе­скому проводнику, то вся работа тока расходуется на его нагревание и, следуя за­кону сох­ранения энергии, можно записать . Данные соотношения выражают закон Джоуля-Ленца

. Впервые этот закон был установлен опытным путем Д.Джоулем в 1843 г. и независимо от него Э.Ленцем в 1844 г. Применение теплового действия тока в технике началось с открытия в 1873 г. русским инженером А.Ладыгиным лампы накаливания.

На тепловом действии тока основан целый ряд электрических приборов и ус­та­новок: тепловые электроизмерительные приборы, электропечи, электросварочная аппаратура, бытовые электронагревательные приборы — чайники, кипятильники, утюги. В пищевой промышленности широко применяется метод электроконтактного нагрева, заключающийся в том, что электрический ток, проходя через продукт, об­ла­дающий определенным сопротивлением, вызывает его равномерное нагревание. На­пример, для производства колбасных изделий через дозатор фарш поступает в формы, торцевые стенки которых служат электродами. При такой обработке обес­пе­чивается равномерность нагрева по всему объему продукта, возможность под­держа­ния определенного температурного режима, наивысшая биологическая цен­ность из­делия, наименьшие длительность процесса и расход энергии.

Определим удельную тепловую мощность токаw, т.е. количество теплоты, вы­деляющееся в единице объема за единицу времени. Выделим в проводнике элемен­тарный цилиндрический объем dV с поперечным сечением dS и длиной dl параллель­ной направлению тока, и сопротивлением , . По закону Джоуля-Ленца, за время dt в этом объеме выделится теплота . Тогда и, используя закон Ома для плотности тока и соотно­шение , получим .

Эти соотношения выражают закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.

 

1.16. Правило Кирхгофа для разветвленных электрических цепей.

До сих пор нами рассматривались простейшие электрические цепи, состоя­щие из одного замкнутого неразветвленного контура. На всех его участках силы тока оди­наковы. Расчет I, R, e в такой цепи выполняется с помощью законов Ома.

Рис.2.2.Разветвленная электрическая цепь.

Более сложной является разветвленная электри­ческая цепь, состоящая из нескольких замкнутых кон­ту­ров, имеющих общие участки. В каждом контуре мо­жет быть несколько источников тока. Силы тока на от­дельных участках замкнутого контура могут быть раз­личными по величине и направлению (рис.2.2). В 1847 г. Г.Кирхгоф сформулировал два правила, значительно упрощающих расчет разветвленных цепей.

Первое правило Кирхгофа: алгебраическая сумма сил токов в узле равна нулю: . Узел — точка цепи, в которой сходятся не менее трех про­водников. В электрической цепи на рис.2.2 имеются два узла А и В. Ток, входящий в узел, считается положительным, выходящий — отрицательным. Например, для узла А первое правило Кирх­гофа следует записать .

Первое правило выражает закон сохранения электрического заряда, так как ни в одной точке цепи они не могут возникать или исчезать.

Второе правило Кирхгофа относится к любому замкнутому контуру, выде­ленному в разветвленной цепи: алгебраическая сумма произведений токов на со­противления, включая и внутренние, на всех участках замкнутого контура равна алгебраической сумме электродвижущих сил, встречающихся в этом контуре . Контур ‑ это замкнутый участок схемы, по которому можно пройти и вернуться в исходную точку. Второе правило Кирхгофа получается из закона Ома, записанного для всех участков от узла до узла (ветвей) разветвленной схемы. В электрической цепи на рис.2.2 имеются три контура: AMNBA, CABDC, CMNDC. При этом, токи Ii в ветвях контура, совпадающие с произвольно вы­бран­ным направлением обхода контура, считаются положительными, а направлен­ные на­встречу обхода — отрицательными. Э.д.с., проходимые от «+» к «-» считаются поло­жительными и наоборот. В рассматриваемой элек­трической цепи (рис.2.2) выберем обход контуров по часовой стрелке и запишем для них уравнения по II правилу Кирхгофа: для AMNBА ; для CABDС ; для CMNDС . В данном примере внутренними сопротивлениями источников тока пренебрегаем. Первое и второе правила Кирхгофа по­зволяют составить систему линейных алгебраичес­ких уравнений, которые связывают пара­метры (I, R, ) и позволяют, зная одни, найти другие.

Простые электрические цепи имеют очень большое практическое применение. В повседневной жизни полезно знать, как под­ключить динамики или проигрыватель к сте­реосистеме, как подсоединить сигнализацию для охраны или автомобильный кас­сетный проигрыватель, как зарядить аккумуляторы или осветить новогоднюю елку.

Большинство электрических цепей содержит комбинацию последовательно или параллельно подключенных резисторов (резистор — это элемент цепи, обла­дающий только сопротивлением). Полное сопротивление участка цепи оп­ределяется отношением падения на­пряжения на нем к величине силы тока . При последовательном соединении (рис.2.3 а) через все резисторы течет один и тот же ток. При параллельном соединении (рис.2.3 б) полный ток равен сумме токов, те­кущих в отдельных резисторах.

При последовательном соединении падение на­пряже­ния на участке АВ равно , т.е. сумме падений напряжения на трех резисторах. Разделим обе части равенства на I и получим , т.е. . Таким образом, полное сопротивление участка цепи, состоящего из последо­ва­тельно соединенных резисторов, равно их алгебраической сумме .

При параллельном соединении (рис..2.3 б) мы имеем . Разделим обе части равенства на U, где U — падение напряжения на участке цепи АВ, причем , и получим . Из этого равенства следует . Величина обратная полному сопротивлению параллельно соединенных резис­торов равна алгебраической сумме величин их обратных сопротивлений .

В электрическую цепь может быть включено регулируемое (изменяющееся с помощью специального движка), сопротивление, которое называется реостатом. По назначению реостаты делятся на пусковые, служащие для ограничения силы тока во время пуска двигателей, и регулирующие — для регулировки силы тока в цепи (по­степенное снижение освещенности в театральных залах), регулировки скорости вращения электродвигателей и т.д. Реостат может быть использован в качестве так называемого датчика пере­мещения. В автоматических регуляторах уровня жидкос­ти в резервуарах применя­ется поплавково-реостатный датчик. Специальный поплавок крепится к движку реостата. Изменение уровня жидкости сдвигает поплавок, изменя­ет сопротивление реостата, и следовательно, силы тока в цепи, величина которого дает информацию об уровне.

 

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот. ..

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между…

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам…

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? — задался я вопросом…

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

PhysBook:Электронный учебник физики — PhysBook

Содержание

  • 1 Учебники
  • 2 Механика
    • 2.1 Кинематика
    • 2.2 Динамика
    • 2.3 Законы сохранения
    • 2. 4 Статика
    • 2.5 Механические колебания и волны
  • 3 Термодинамика и МКТ
    • 3.1 МКТ
    • 3.2 Термодинамика
  • 4 Электродинамика
    • 4.1 Электростатика
    • 4.2 Электрический ток
    • 4.3 Магнетизм
    • 4.4 Электромагнитные колебания и волны
  • 5 Оптика. СТО
    • 5.1 Геометрическая оптика
    • 5.2 Волновая оптика
    • 5.3 Фотометрия
    • 5.4 Квантовая оптика
    • 5.5 Излучение и спектры
    • 5.6 СТО
  • 6 Атомная и ядерная
    • 6.1 Атомная физика. Квантовая теория
    • 6.2 Ядерная физика
  • 7 Общие темы
  • 8 Новые страницы

Здесь размещена информация по школьной физике:

  1. материалы из учебников, лекций, рефератов, журналов;
  2. разработки уроков, тем;
  3. flash-анимации, фотографии, рисунки различных физических процессов;
  4. ссылки на другие сайты

и многое другое.

Каждый зарегистрированный пользователь сайта имеет возможность выкладывать свои материалы (см. справку), обсуждать уже созданные.

Учебники

Формулы по физике – 7 класс – 8 класс – 9 класс – 10 класс – 11 класс –

Механика

Кинематика

Основные понятия кинематики – Прямолинейное движение – Криволинейное движение – Движение в пространстве

Динамика

Законы Ньютона – Силы в механике – Движение под действием нескольких сил

Законы сохранения

Закон сохранения импульса – Закон сохранения энергии

Статика

Статика твердых тел – Динамика твердых тел – Гидростатика – Гидродинамика

Механические колебания и волны

Механические колебания – Механические волны

Термодинамика и МКТ

МКТ

Основы МКТ – Газовые законы – МКТ идеального газа

Термодинамика

Первый закон термодинамики – Второй закон термодинамики – Жидкость-газ – Поверхностное натяжение – Твердые тела – Тепловое расширение

Электродинамика

Электростатика

Электрическое поле и его параметры – Электроемкость

Электрический ток

Постоянный электрический ток – Электрический ток в металлах – Электрический ток в жидкостях – Электрический ток в газах – Электрический ток в вакууме – Электрический ток в полупроводниках

Магнетизм

Магнитное поле – Электромагнитная индукция

Электромагнитные колебания и волны

Электромагнитные колебания – Производство и передача электроэнергии – Электромагнитные волны

Оптика.

СТО

Геометрическая оптика

Прямолинейное распространение света. Отражение света – Преломление света – Линзы

Волновая оптика

Свет как электромагнитная волна – Интерференция света – Дифракция света

Фотометрия

Фотометрия

Квантовая оптика

Квантовая оптика

Излучение и спектры

Излучение и спектры

СТО

СТО

Атомная и ядерная

Атомная физика. Квантовая теория

Строение атома – Квантовая теория – Излучение атома

Ядерная физика

Атомное ядро – Радиоактивность – Ядерные реакции – Элементарные частицы

Общие темы

Измерения – Методы решения – Развитие науки- Статья- Как писать введение в реферате- Подготовка к ЕГЭ — Репетитор по физике

Новые страницы

Запрос не дал результатов.

Закон Ома для неоднородного участка цепи » Kupuk.net

Участки электрических цепей принято разделять на однородные и неоднородные. Закон Ома выполняется для обоих видов цепей. Однако математические выражения, которые отражают действие этого закона, несколько отличаются. Это связано с действием сторонних сил на электрические заряды, когда они проходят через неоднородные участки цепей.

Стационарное электрическое поле

Электрический ток возникает при наличии электрического поля и свободных носителей заряда. Соединив проводником разноименно заряженные тела, можно получить электрический ток, протекающий в течение короткого промежутка времени. Стационарное электрическое поле — это поле постоянных во времени электрических токов при условии неподвижности проводников с электрическими токами. Участки цепи, где на заряды действует только стационарное поле, называются однородными.

Сторонние силы

Для того, чтобы в проводнике электрический ток был длительное время, необходимо создать определенные условия. Для этого на отдельных участках цепи, кроме сил стационарного поля, действуют, так называемые, сторонние силы. Участки цепи, на которых имеется действие дополнительных, сторонних, сил называются неоднородными. В этом случае перемещение зарядов возникает под действием сил не электростатической природы, действующих в устройствах, называемых источниками постоянного тока.

Силы, приводящие в движение электрические заряды внутри источника постоянного тока против направления действия сил электростатического поля, называются сторонними силами. Сторонние силы в гальваническом элементе или аккумуляторе возникают в результате электрохимических реакций, происходящих между частицами металлического электрода и молекулами электролита. В генераторах постоянного тока сторонней силой является сила, возникающая от действия магнитного поля на движущийся электрический заряд. Работа источника тока похожа на функцию насоса, который заставляет двигаться жидкость (качает) по трубам замкнутого гидравлического контура. Под воздействием сторонних сил заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему в замкнутой цепи длительное время поддерживается постоянный электрический ток.

Рис. 1. Источники постоянного тока, аккумуляторы, гальванические элементы, генераторы.

В организме человека имеется множество химических веществ, которые вступая друг с другом в различные реакции, способствуют возникновению электрической энергии. Например, в сердце есть клетки, которые в процессе поддержания сердечного ритма поглощают натрий и выделяют калий, что приводит к образованию электрических зарядов. При достижении определенной величины заряда, возникает импульс электрического поля, заставляющий сокращаться сердечную мышцу. Эти импульсы регистрируют с помощью кардиографа в больницах и поликлиниках при снятии электрокардиограммы (ЭКГ), дающей информацию о работе сердца..

Закон Ома для неоднородного участка цепи

Физическая величина, равная отношению работы сторонних сил Aст при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется электродвижущей силой (ЭДС) источника Eэдс:

$ E_{эдс} = {A_{cт}over q} $ (1).

Таким образом, ЭДС равна работе, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда. При перемещении единичного положительного заряда по замкнутой цепи постоянного тока работа электростатического поля равна нулю, а работа сторонних сил равна сумме всех ЭДС, действующих в этой цепи.

Работа электростатических сил по перемещению единичного заряда равна разности потенциалов $ Δφ = φ_1 – φ_2 $ между начальной и конечной точками 1 и 2 неоднородного участка. Работа сторонних сил равна, по определению, электродвижущей силе Eэдс, действующей на данном участке. Поэтому полная работа равна:

$ U_п = φ_1 – φ_2 + E_{эдc} $ (2).

Величина Uп называется напряжением на участке цепи 1–2. В случае однородного участка напряжение равно разности потенциалов:

$ U_п = φ_1 – φ_2 $ (3).

Немецкий исследователь Георг Симон Ом в начале XIX века установил, что сила тока I, текущего по однородному проводнику (т. е. проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорциональна напряжению U на концах проводника:

$ I = {U over R} $ (4).

Рис. 2. Портрет Георга Ома.

Величина R — это электрическое сопротивление. Уравнение (4) выражает закон Ома для однородного участка цепи. Для участка цепи, содержащего ЭДС, закон Ома записывается в следующем виде:

$ U_п = I * R = φ_1 – φ_2 + E_{эдс} = Δ φ_{12} + E_{эдс}$ (5).

Данное уравнение называется обобщенным законом Ома для неоднородного участка цепи.

Закон Ома для полной цепи

Если замкнутая цепь состоит из сопротивления цепи, равного R, и источника тока с электродвижущей силой Eэдс и внутренним сопротивлением r, то в этом случае ток цепи I будет равен:

$ I = {E_{эдс} over R + r} $ (6).

Выражение (6) называется законом Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи равна ЭДС источника, деленной на сумму сопротивлений однородного и неоднородного участков цепи.

Проводники, в точности соответствующие закону Ома, называются линейными, так как график зависимости тока I от напряжения U изображается прямой линией. Следует отметить, что существуют много материалов, которые не подчиняются закону Ома, например, полупроводники или газоразрядные лампы. У металлических проводников отклонения от линейной зависимости появляются при больших токах, так как сопротивление металлов возрастает с ростом температуры.

Рис. 3. График зависимости сопротивления металлических проводников от температуры.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что участки электрической цепи, на которых кроме стационарного электрического поля имеется действие дополнительных, сторонних сил, называются неоднородными. Сторонние силы возникают в результате работы источников тока: аккумуляторов, гальванических элементов и электрических генераторов тока. Получены уравнения закона Ома для неоднородного участка цепи и для полной цепи.

Закон Ома для участка цепи и полной цепи.

Общие методы эквивалентного — презентация на Slide-Share.ru 🎓

1

Первый слайд презентации: Закон Ома для участка цепи и полной цепи. Общие методы эквивалентного преобразования схем

Изображение слайда

2

Слайд 2

Закон Ома, основанный на опытах, представляет собой в электротехнике основной закон, который устанавливает связь силы электрического тока с сопротивлением и напряжением. Строгая формулировка закона Ома для участка цепи может быть записана так: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на его концах (разности потенциалов) и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника. Формула закона Ома записывается в следующем виде:

Изображение слайда

3

Слайд 3

где I – сила тока в проводнике, единица измерения силы тока — ампер [А]; U – электрическое напряжение (разность потенциалов), единица измерения напряжения- вольт [В]; R – электрическое сопротивление проводника, единица измерения электрического сопротивления — ом [Ом]. Согласно закону Ома, увеличение напряжения, например, в два раза при фиксированном сопротивлении проводника, приведёт к увеличению силы тока также в два раза

Изображение слайда

4

Слайд 4

И напротив, уменьшение тока в два раза при фиксированном напряжении будет означать, что сопротивление увеличилось в два раза. Существует мнемоническое правило для запоминания этого закона, которое можно назвать треугольник Ома. Изобразим все три характеристики (напряжение, сила тока и сопротивление) в виде треугольника. В вершине которого находится напряжение, в нижней левой части – сила тока, а в правой – сопротивление.

Изображение слайда

5

Слайд 5

Правило работы такое: закрываем пальцем величину в треугольнике, которую нужно найти, тогда две оставшиеся дадут верную формулу для поиска закрытой.

Изображение слайда

6

Слайд 6

Рис.1. Участок цепи Рис.2. Полная цепь Закон Ома для полной цепи: сила тока I полной электрической цепи равна ЭДС (электродвижущей силе) источника тока Е, деленной на полное сопротивление цепи ( R + r). Полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений внешней цепи R и внутреннего r источника тока. Формула закона. На рис. 1 и 2 приведены схемы электрических цепей.

Изображение слайда

7

Слайд 7

Проводники в электрических цепях могут соединяться последовательно и параллельно. Смешанное соединение сочетает оба эти соединения. Сопротивление, при включении которого вместо всех других проводников, находящихся между двумя точками цепи, ток и напряжение остаются неизменными, называют эквивалентным сопротивлением этих проводников. Последовательным называется соединение, при котором каждый проводник соединяется только с одним предыдущим и одним последующим проводниками. Как следует из первого правила Кирхгофа, при последовательном соединении проводников сила электрического тока, протекающего по всем проводникам, одинакова (на основании закона

Изображение слайда

8

Слайд 8

сохранения заряда ). 1. При последовательном соединении проводников (рис. 1) сила тока во всех проводниках одинакова: I1 = I2 = I3 = I Рис. 1. Последовательное соединение двух проводников. 2. Согласно закону Ома, напряжения U 1 и U 2 на проводниках равны U 1  =  IR 1,   U 2  =  IR 2, U 3  =  IR 3. Напряжение при последовательном соединении проводников равно сумме напряжений на отдельных участках (проводниках) электрической цепи. U  =  U 1 + U 2  +  U 3

Изображение слайда

9

Слайд 9

По закону Ома, напряжения U 1, U 2 на проводниках равны U 1  =  IR 1,   U 2  =  IR 2, В соответствии вторым правилом Кирхгофа напряжение на всем участке: U  =  U 1 + U 2  = IR 1 +  IR 2 = I(R 1 + R 2 )= I·R. Получаем: R  = R 1  +  R 2 Общее напряжение U на проводниках равно сумме напряжений U 1, U 2, U 3 равно: U  = U 1  +  U 2  +  U 3  =  I· ( R 1  +  R 2 +  R 3 )  =  IR где R ЭКВ – эквивалентное сопротивление всей цепи. Отсюда: R ЭКВ = R 1  +  R 2  +  R 3 При последовательном соединении эквивалентное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных участков цепи : R   ЭКВ = R 1  +  R 2  +  R 3 +… Этот результат справедлив для любого числа последовательно соединенных проводников.

Изображение слайда

10

Слайд 10

Из закона Ома следует: при равенстве сил тока при последовательном соединении: ,. Отсюда или, т. е. напряжения на отдельных участках цепи прямо пропорциональны сопротивлениям участков. При последовательном соединении n одинаковых проводников общее напряжение равно произведению напряжению одного U 1 на их количество n : U ПОСЛЕД = n ·U 1. Аналогично для сопротивлений : R ПОСЛЕД = n· R 1 При размыкании цепи одного из последовательно соединенных потребителей ток исчезает во всей цепи, поэтому последовательное соединение на практике не всегда удобно.

Изображение слайда

11

Слайд 11

Параллельным называется соединение проводников, при котором одни их концы образуют узел А, а другие – узел В. Узловые точки (узлы) – это точки, в которых сходятся не менее трех проводников. Параллельно соединенные проводники составляют разветвление, а каждая из них называется ветвью. 1. При параллельном соединении напряжения на всех ветвях и на всем разветвлении одинаковы, (как разности потенциалов двух точек А и В): U 1 = U 2 = U. По первому правилу Кирхгофа (алгебраическая сумма токов, сходящихся в одном узле, равно нулю), имеем: 2. Сумма токов I 1  +  I 2, протекающих по ветвям, равна силе тока I в неразветвленной части цепи: I  =  I 1  +  I 2

Изображение слайда

12

Слайд 12

Записывая на основании закона Ома: где R – электрическое сопротивление всей цепи (из двух ветвей), получим, учитывая, что напряжения одинаковы на ветвях: Для трех проводников: или: R ЭКВ = Этот результат справедлив для любого числа параллельно включенных проводников.

Изображение слайда

13

Слайд 13

Соединение элементов электрической цепи по схемам «звезда» и «треугольник» В электротехнических и электронных устройствах элементы цепи соединяются по мостовой схеме (рис. 1.12). Сопротивления R 12, R 13, R 24, R 34 включены в плечи моста, в диагональ 1–4 включен источник питания с ЭДС Е, другая диагональ 3–4 называется измерительной диагональю моста. Рис. 1.12 Рис. 1.13

Изображение слайда

14

Слайд 14

В мостовой схеме сопротивления R 13, R 12, R 23 и R 24, R 34, R 23 соединены по схеме «треугольник». Эквивалентное сопротивление этой схемы можно определить только после замены одного из треугольников, например треугольника R 24 R 34 R 23 звездой R 2 R 3 R 4 (рис.  1.13). Такая замена будет эквивалентной, если она не вызовет изменения токов всех остальных элементов цепи. Для этого величины сопротивлений звезды должны рассчитываться по следующим соотношениям: (1.8)

Изображение слайда

15

Слайд 15

Для замены схемы «звезда» эквивалентным треугольником необходимо рассчитать сопротивления треугольника: (1.9) После проведенных преобразований (рис. 1.13) можно определить величину эквивалентного сопротивления мостовой схемы (рис. 1.12)

Изображение слайда

16

Слайд 16

Изображение слайда

17

Слайд 17

Изображение слайда

18

Последний слайд презентации: Закон Ома для участка цепи и полной цепи.

Общие методы эквивалентного

Изображение слайда

20.2 Закон Ома: Сопротивление и простые цепи – College Physics

Что вызывает ток? Мы можем думать о различных устройствах, таких как батареи, генераторы, настенные розетки и т. д., которые необходимы для поддержания тока. Все такие устройства создают разность потенциалов и в широком смысле называются источниками напряжения. Когда источник напряжения подключен к проводнику, к нему прикладывается разность потенциалов ВВ величиной 12{В}{}, создающая электрическое поле. Электрическое поле, в свою очередь, воздействует на заряды, вызывая ток.

Закон Ома

Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению ВВ размером 12{В}{}. Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) был первым, кто экспериментально продемонстрировал, что ток в металлическом проводе прямо пропорционален приложенному напряжению :

I∝V. I∝V. size 12{I prop V.} {}

20,12

Это важное соотношение известно как закон Ома. Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, где напряжение является причиной, а ток — следствием. Это эмпирический закон, аналогичный закону трения — экспериментально наблюдаемому явлению. Такая линейная зависимость не всегда имеет место.

Сопротивление и простые схемы

Если напряжение управляет током, что этому препятствует? Электрическое свойство, препятствующее току (грубо похожее на трение и сопротивление воздуха), называется сопротивлением RR размером 12{R} {}. Столкновения движущихся зарядов с атомами и молекулами в веществе передают энергию веществу и ограничивают ток. Сопротивление определяется как обратно пропорциональное току, или

I∝1R.I∝1R. size 12{I prop {{1} over {R}} «.»} {}

20.13

Таким образом, например, ток уменьшается вдвое, если сопротивление удваивается. Сочетание отношений тока к напряжению и тока к сопротивлению дает

И=ВР.И=ВР. size 12{I = {{V} over {R} } «.»} {}

20,14

Это соотношение также называют законом Ома. Закон Ома в этой форме действительно определяет сопротивление для определенных материалов. Закон Ома (как и закон Гука) не является универсальным. Многие вещества, для которых выполняется закон Ома, называются омическими. К ним относятся хорошие проводники, такие как медь и алюминий, и некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах. Омические материалы имеют сопротивление RR размер 12{R}{}, которое не зависит от напряжения ВВ размера 12{V}{} и тока II размера 12{I}{}. Объект, который имеет простое сопротивление, называется резистор , даже если его сопротивление мало. Единицей измерения сопротивления является ом, и он обозначается символом ΩΩ размера 12{ %OMEGA} {} (греческая омега в верхнем регистре). Перестановка I=V/RI=V/R размера 12{I = итал. «V/R»} {} дает R=V/IR=V/I размера 12{R= итал. «V/I»} {}, и поэтому единицами сопротивления являются 1 Ом = 1 вольт на ампер:

1 Ом = 1 ВА. 1 Ом = 1 ВА. size 12{«1 » %OMEGA =» 1 » { {V} over {A} } «.»} {}

20.15

На рис. 20.8 показана схема простой схемы. Простая схема имеет один источник напряжения и один резистор. Провода, соединяющие источник напряжения с резистором, можно принять с пренебрежимо малым сопротивлением, либо их сопротивление включить в РР размер 12{R} {}.

Рисунок 20,8 Простая электрическая цепь, в которой замкнутый путь для протекания тока обеспечивается проводниками (обычно металлическими проводами), соединяющими нагрузку с клеммами батареи, представленными красными параллельными линиями. Зигзагообразный символ представляет одиночный резистор и включает любое сопротивление в соединениях с источником напряжения.

Пример 20,4

Расчет сопротивления: автомобильная фара

Каково сопротивление автомобильной фары, через которую протекает ток 2,50 А при подаче на нее напряжения 12,0 В?

Стратегия

Мы можем преобразовать закон Ома, как указано в I=V/RI=V/R размер 12{I = итал «V/R»} {}, и использовать его, чтобы найти сопротивление.

Решение

Изменение размера I=V/RI=V/R 12{I = ital «V/R»} {} и подстановка известных значений дает

R=VI=12,0 V2,50 A= 4,80 Ом.R =VI=12,0 В2,50 А= 4,80 Ом. размер 12{R = {{V} над {I} } = {{«12» «.» «0 В»} более {2 «.» «50 А»} } =» 4″ «.» «80» %OMEGA «.»} {}

20.16

Обсуждение

Это относительно небольшое сопротивление, но оно больше морозостойкости фары. Как мы увидим в разделе «Сопротивление и удельное сопротивление», сопротивление обычно увеличивается с температурой, поэтому лампочка имеет более низкое сопротивление при первом включении и будет потреблять значительно больший ток в течение короткого периода прогрева.

Диапазон сопротивлений превышает многие порядки. Некоторые керамические изоляторы, например те, которые используются для поддержки линий электропередач, имеют сопротивление 1012Ω1012Ω размер 12{«10» rSup { размер 8{«12»} } `%OMEGA} {} или более. У сухого человека сопротивление между ладонями и ногами может составлять 105 Ом 105 Ом размер 12 {«10» rSup { размер 8 {5} } ` %OMEGA } {}, тогда как сопротивление человеческого сердца составляет около 103 Ом 103 Ом размер 12 {«10″. » rSup {размер 8{3}} `%OMEGA} {}. Кусок медной проволоки большого диаметра метровой длины может иметь сопротивление 10-5 Ом 10-5 Ом размер 12{«10» rSup { размер 8{ — 5} } ` %OMEGA } {}, а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления. (они неомические). Сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит, как будет показано в разделе «Сопротивление и удельное сопротивление».

Дополнительные сведения можно получить, решив I=V/RI=V/R размер 12{I = итал. «V/R»} {} для V,V, размер 12{V} {}, получив

V=IR. В=ИК. размер 12{V = итал. «IR.»} {}

20,17

Это выражение для размера VV 12{V} {} можно интерпретировать как падение напряжения на резисторе, вызванное протеканием тока II размера 12 {Я} {}. Для этого напряжения часто используется фраза IRIR size 12 {ital «IR»} {} drop . Например, фара в примере 20.4 имеет размер IRIR 12{ ital «IR»} {} падение 12,0 В. Если измерить напряжение в различных точках цепи, будет видно, что оно увеличивается в источнике напряжения и уменьшается в резистор. Напряжение аналогично давлению жидкости. Источник напряжения подобен насосу, создающему перепад давления, вызывающему ток — поток заряда. Резистор подобен трубе, которая снижает давление и ограничивает поток из-за своего сопротивления. Сохранение энергии имеет здесь важные последствия. Источник напряжения поставляет энергию (вызывая электрическое поле и ток), а резистор преобразует ее в другую форму (например, в тепловую энергию). В простой схеме (одна с одним простым резистором) напряжение, подаваемое источником, равно падению напряжения на резисторе, поскольку PE=qΔVPE=qΔV размер 12{«PE»=qΔV} {}, и тот же размер qq 12{q} {} проходит через каждый. Таким образом, энергия, подаваемая источником напряжения, и энергия, преобразуемая резистором, равны. (См. рис. 20.9..)

Рисунок 20,9 Падение напряжения на резисторе в простой цепи равно выходному напряжению батареи.

Установление связей: сохранение энергии

В простой электрической цепи единственный резистор преобразует энергию, поступающую от источника, в другую форму. О сохранении энергии здесь свидетельствует тот факт, что вся энергия, подаваемая источником, преобразуется в другую форму одним только резистором. Мы обнаружим, что закон сохранения энергии имеет и другие важные применения в цепях и является мощным инструментом анализа цепей.

Исследования ФЕТ

Закон Ома

Посмотрите, как формула закона Ома соотносится с простой цепью. Отрегулируйте напряжение и сопротивление и посмотрите, как изменится ток в соответствии с законом Ома. Размеры символов в уравнении изменяются в соответствии с принципиальной схемой.

Рисунок 20.10

Закон Ома: сопротивление и простые схемы | Физика |

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните происхождение закона Ома.
  • Расчет напряжения, тока или сопротивления по закону Ома.
  • Объясните, что такое омический материал.
  • Опишите простую схему.

Что движет током? Мы можем думать о различных устройствах, таких как батареи, генераторы, настенные розетки и т. д., которые необходимы для поддержания тока. Все такие устройства создают разность потенциалов и в широком смысле называются источниками напряжения. Когда источник напряжения подключен к проводнику, он создает разность потенциалов В , создающий электрическое поле. Электрическое поле, в свою очередь, воздействует на заряды, вызывая ток.

Закон Ома

Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению В . Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) первым экспериментально продемонстрировал, что ток в металлическом проводе прямо пропорционален приложенному напряжению :

I∝VI\propto{V}\\I∝V

. Это важное соотношение известно как закон Ома . Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, где напряжение является причиной, а ток — следствием. Это эмпирический закон, аналогичный закону трения — экспериментально наблюдаемому явлению. Такая линейная зависимость не всегда имеет место.

Сопротивление и простые схемы

Если напряжение управляет током, что ему препятствует? Электрическое свойство, препятствующее току (грубо похожее на трение и сопротивление воздуха), называется 9.0114 сопротивление R . Столкновения движущихся зарядов с атомами и молекулами в веществе передают энергию веществу и ограничивают ток. Сопротивление определяется как обратно пропорциональное току, или

I∝1RI\propto \frac{1}{R}\\I∝R1​

. Так, например, ток уменьшается вдвое, если сопротивление удваивается. Сочетание отношений тока к напряжению и тока к сопротивлению дает

I=VRI=\frac{V}{R}\\I=RV​

. Эту зависимость также называют законом Ома. Закон Ома в этой форме действительно определяет сопротивление для определенных материалов. Закон Ома (как и закон Гука) не является универсальным. Многие вещества, для которых выполняется закон Ома, называются омический . К ним относятся хорошие проводники, такие как медь и алюминий, и некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах. Омические материалы имеют сопротивление Ом , которое не зависит от напряжения В и тока I . Объект, имеющий простое сопротивление, называется резистором , даже если его сопротивление невелико. Единицей измерения сопротивления является 90 114 Ом 90 008 и дается символ Ω (греческая омега в верхнем регистре). Перестановка I = V/R дает R = V/I , поэтому единицами сопротивления являются 1 Ом = 1 вольт на ампер:

1Ω=1VA1 \Omega=1\frac{V}{A}\\1Ω= 1АВ​

. На рис. 1 показана схема простой цепи. Простая схема имеет один источник напряжения и один резистор. Провода, соединяющие источник напряжения с резистором, можно считать имеющими пренебрежимо малое сопротивление, или их сопротивление можно включить в R .

Рис. 1. Простая электрическая цепь, в которой замкнутый путь для протекания тока обеспечивается проводниками (обычно металлическими проводами), соединяющими нагрузку с клеммами батареи, представленными красными параллельными линиями. Зигзагообразный символ представляет одиночный резистор и включает любое сопротивление в соединениях с источником напряжения.

Пример 1. Расчет сопротивления: автомобильная фара

Каково сопротивление автомобильной фары, через которую протекает ток 2,50 А при подаче на нее напряжения 12,0 В?

Стратегия

Мы можем преобразовать закон Ома в формулу I = V/R и использовать его для определения сопротивления.

Раствор

Преобразование I = V/R и подстановка известных значений дает

R=VI=12,0V2,50A=4,80ΩR=\frac{V}{I}=\frac{12\text{}.{}\text{ }0 В{}}{2\text{}.{}\text{}50 A{}}=\text{}4{}\text{}.{}\text{}80 \Omega {}\\ R=IV​=2.50A12.0V​=4.80Ω

.

Обсуждение

Это относительно небольшое сопротивление, но оно больше холодового сопротивления фары. Как мы увидим в разделе «Сопротивление и удельное сопротивление», сопротивление обычно увеличивается с температурой, поэтому лампочка имеет более низкое сопротивление при первом включении и будет потреблять значительно больший ток в течение короткого периода прогрева.

Сопротивления колеблются в пределах многих порядков. Некоторые керамические изоляторы, например те, которые используются для поддержки линий электропередач, имеют сопротивление 10 12 Ом или больше. У сухого человека сопротивление между руками и ногами может составлять 10 5 Ом, тогда как сопротивление человеческого сердца составляет около 10 3 Ом. Метровый отрезок медной проволоки большого диаметра может иметь сопротивление 10 −5 Ом, а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления (они неомические). Сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит, как будет показано в разделе «Сопротивление и удельное сопротивление». Дополнительную информацию можно получить, решив  I = V/R  для V , что дает

V = IR

Это выражение для V можно интерпретировать как падение напряжения на резисторе, вызванное протеканием тока I . Для этого напряжения часто используется фраза IR drop . Например, фара в примере 1 выше имеет падение IR , равное 12,0 В. Если измерить напряжение в различных точках цепи, будет видно, что оно увеличивается на источнике напряжения и уменьшается на резисторе. Напряжение аналогично давлению жидкости. Источник напряжения подобен насосу, создающему перепад давления, вызывающему ток — поток заряда. Резистор подобен трубе, которая снижает давление и ограничивает поток из-за своего сопротивления. Сохранение энергии имеет здесь важные последствия. Источник напряжения поставляет энергию (вызывая электрическое поле и ток), а резистор преобразует ее в другую форму (например, в тепловую энергию). В простой цепи (с одним простым резистором) напряжение, подаваемое источником, равно падению напряжения на резисторе, поскольку PE = q Δ V , и через каждый протекает тот же q . Таким образом, энергия, подаваемая источником напряжения, и энергия, преобразуемая резистором, равны. (См. рис. 2.)

Рис. 2. Падение напряжения на резисторе в простой цепи равно выходному напряжению батареи.

Выполнение соединений: сохранение энергии

В простой электрической цепи единственный резистор преобразует энергию, поступающую от источника, в другую форму. О сохранении энергии здесь свидетельствует тот факт, что вся энергия, подаваемая источником, преобразуется в другую форму одним только резистором. Мы обнаружим, что закон сохранения энергии имеет и другие важные применения в цепях и является мощным инструментом анализа цепей.

PhET Исследования: Закон Ома

Посмотрите, как формула закона Ома соотносится с простой цепью. Отрегулируйте напряжение и сопротивление и посмотрите, как изменится ток в соответствии с законом Ома. Размеры символов в уравнении изменяются в соответствии с принципиальной схемой.

Нажмите, чтобы запустить симуляцию.

Резюме раздела

Концептуальные вопросы

  1. Падение IR на резисторе означает, что на резисторе есть изменение потенциала или напряжения. Изменяется ли ток при прохождении через резистор? Объяснять.
  2. Чем падение IR на резисторе похоже на падение давления в жидкости, протекающей по трубе?

Задачи и упражнения

1. Какой ток протекает через лампу фонарика на 3,00 В, если его сопротивление в горячем состоянии равно 3,60 Ом?

2. Рассчитайте эффективное сопротивление карманного калькулятора с батареей на 1,35 В, через который протекает ток 0,200 мА.

3. Каково эффективное сопротивление стартера автомобиля, когда через него протекает ток 150 А, когда автомобильный аккумулятор подает на двигатель напряжение 11,0 В?

4. Сколько вольт подается на световой индикатор DVD-проигрывателя с сопротивлением 140 Ом, если через него проходит ток 25,0 мА?

5. а) Найдите падение напряжения в удлинителе с сопротивлением 0,0600 Ом, по которому протекает ток 5,00 А. (b) Более дешевый шнур использует более тонкую проволоку и имеет сопротивление 0,300 Ом. Каково падение напряжения в нем при протекании 5,00 А? в) Почему напряжение любого используемого электроприбора уменьшается на эту величину? Каково влияние на прибор?

6. Линия электропередачи подвешена к металлическим опорам со стеклянными изоляторами сопротивлением 1,00×10 9 Ом. Какой ток протекает через изолятор, если напряжение равно 200 кВ? (Некоторые высоковольтные линии постоянного тока.)

Глоссарий

Закон Ома:
эмпирическое соотношение, утверждающее, что ток I пропорционален разности потенциалов В , ∝ В ; его часто записывают как I = V/R , где R сопротивление
сопротивление:
электрическое свойство, препятствующее току; для омических материалов это отношение напряжения к току, R = V/I
ом:
единица сопротивления, определяемая как 1 Ом = 1 В/А
омическое:
5 тип материала, для которого справедлив закон Ома
простая цепь:
цепь с одним источником напряжения и одним резистором

Избранные решения задач и упражнений

1. 0,833 А

3. 7,33 × 10 −2 Ом

5. (a) 0,300 В

(b) 1,50 В

(c) Напряжение, подаваемое на любой используемый прибор, уменьшается, поскольку общее падение напряжения от стены до конечного выхода прибора фиксируется. Таким образом, если падение напряжения на удлинителе велико, падение напряжения на устройстве значительно уменьшается, поэтому выходная мощность устройства может быть значительно снижена, что снижает способность устройства работать должным образом.

Лицензии и ссылки

Контент по лицензии CC, совместно используемый ранее
  • College Physics. Автор : Колледж OpenStax. Расположен по адресу : https://openstax.org/books/college-physics/pages/1-introduction-to-science-and-the-realm-of-physics-physical-quantities-and-units. Лицензия : CC BY: Attribution . Условия лицензии : Лицензия
  • Интерактивное моделирование PhET . Автор : http://phet.colorado.edu. Лицензия : CC BY: Атрибуция

Закон Ома – Как соотносятся напряжение, ток и сопротивление – Производство печатных плат и сборка печатных плат

Основы электронной техники основаны на принципе закона Ома. Без закона Ома ток не может течь по проводам, не будет напряжения и не будет работать ни одна цепь в мире. Это такой же важный закон электроники, как и закон Ньютона в физике. Однако есть много других важных принципов и законов электроники, которые необходимо выделить, но в этой статье мы изучим основы закона Ома и три его важных параметра: напряжение (В), ток (I) и сопротивление (R).

Электронная схема — это не что иное, как замкнутый контур проводящих проводов и электронных компонентов, соединенных друг с другом.

Напряжение (В):

Напряжение можно описать как разность потенциалов между двумя точками цепи. Его стандартная международная единица измерения (СИ)  Вольт . Напряжение — это движущая сила , приводящая в движение электрический заряд в цепи. Чем больше разность потенциалов, тем больше поток заряда (ток) между двумя точками. Напряжение измеряется «поперек» или «между» двумя точками. В некоторых учебниках напряжение обозначается как «Электродвижущая сила (ЭДС)». Поэтому обозначается буквой «Е». Он называется электродвижущим, потому что мотивирует поток электронов в цепи или проводнике. Мы можем использовать либо V, либо E для обозначения, но оба варианта правильны.

Запросить производство и сборку печатных плат

Напряжение = Джоули/Кулоны:

Другое определение напряжения можно объяснить с точки зрения энергии (Джоули) и заряда (Кулоны). Напряжение или разность потенциалов (P.D) можно определить как количество энергии, затраченное на 1 кулон заряда, чтобы перевести его из одной точки цепи в другую точку цепи.

Джоуль — единица измерения энергии в системе СИ

Ток (I):

Ток можно определить как количество заряда, протекающего из одной точки цепи в другую в единицу времени.  Международная стандартная единица (СИ)  Ампер . Течение тока можно рассматривать как аналог течения воды в трубе. Ток измеряется «через» резистор или любой другой электронный компонент. Ток обозначается буквой «I», которая происходит от слова «интенсивность» или сила тока.

Заряд: Заряд может быть положительным или отрицательным зарядом в зависимости от Направление из потока Электроны в цепь. Обычный поток заряда можно определить как заряд, выходящий из положительной клеммы аккумулятора и входящий в отрицательную клемму. Однако в концепции электронного потока электроны покидают клемму с отрицательным зарядом и входят в клемму с положительным зарядом. В обоих случаях ток будет течь, потому что этот процесс происходит очень быстро и непрерывно. Единицей заряда в СИ является «Кулон (Кл)». Один электронный заряд = Заряд электрона = 1,6×10 -19 С .

Один кулон (C) = 1C заряд = 6,24×10 18 электронов, протекающих через определенную точку цепи за 1 секунду.

Сопротивление (R):

Сопротивление — это сопротивление, создаваемое в потоке тока электронным компонентом, называемым «резистор».  Сопротивление может создаваться другими электронными компонентами, кроме резистора. Сопротивление на самом деле является препятствием или помехой, создаваемой цепью для ограничения протекания тока. Сопротивление измеряется «поперек» любых двух точек или «между» двумя клеммами в цепи. Его единицей измерения Standard International (S. I) является «Ом Ω». Популярными единицами сопротивления являются Ом, кОм, МОм.

Запросить производство и сборку печатных плат сейчас

Связь между V, I и R:

Математическая связь между этими тремя величинами является линейной. Это означает, что из 3, если мы знаем 2 величины, мы можем найти третью. В основном сопротивление является унаследованным свойством любого проводника, которое почти считается постоянным. Например, кусок провода с площадью поперечного сечения «А» и длиной «L», а его удельное сопротивление равно ρ. Сопротивление можно рассчитать как

Это показывает, что сопротивление (R) проводника/провода зависит от его длины (L) и калибра (A). Где ρ — константа (удельное сопротивление) для материала проводника, такого как медь или серебро.

Следовательно, теперь мы можем сказать, что напряжение и ток зависят друг от друга, принимая во внимание постоянное сопротивление R.

Закон Ома:

Закон Ома гласит, что величина тока (I), протекающего через любой проводник, прямо пропорциональна разности потенциалов (напряжению V) на нем при данной температуре при условии сопротивления (R) остается постоянным.

Пример-1:

Мы рассмотрим базовый пример того, что такое ток, напряжение и сопротивление. На приведенной ниже схеме мы видим, что батарея постоянного тока напрямую подключена к лампе через проводящие провода. Направление тока «условное (от + к -)».

Здесь мы можем создать три сценария. 1- В и Р известны, я неизвестен. 2- V и I знают R неизвестно 3- I и R известны, но V неизвестно.

Сценарий-1:

Предположим, что напряжение батареи составляет В = 12 В постоянного тока по показаниям «вольтметра», а лампа представляет собой нагрузку с сопротивлением = 4 Ом, значение которого указано в листе технических характеристик лампы. Теперь рассчитайте величину тока, протекающего в цепи

Запросите предложение по производству и сборке печатных плат сейчас

Решение:

« нагрузка» представляет собой электронное устройство или устройство или устройство который вытягивает ток из цепи и, следовательно, падает напряжение на себя и падает последовательно.

Применяя закон Ома, мы получаем

Сценарий-2 :

Допустим, напряжение батареи составляет 12 В постоянного тока, а ток в цепи, измеренный амперметром, составляет 6 ампер. Узнайте сопротивление нагрузки.

Решение:

Ток в цепи можно измерить, подключив амперметр последовательно .

Теперь снова применим закон Ома и получим результат.

Сценарий-3:

Теперь у нас есть сопротивление лампы, уже известное из паспорта производителя. R = 10 Ом, а ток измеряется амперметром и составляет 1,2 ампера. Рассчитать напряжение батареи.

Запросить изготовление и сборку печатных плат сейчас

Решение: Примените закон Ома.

До сих пор мы анализировали очень базовое понимание цепей постоянного тока. Где напряжение и ток были постоянными и стабильными в течение определенного периода времени. Однако цепи переменного тока не являются стабильными в течение определенного периода времени. Напряжение переменного тока и ток переменного тока изменяются с течением времени.

Вывод:

Закон Ома является основой решения любой электронной или электротехнической проблемы. Либо это маломощная электронная схема с низким напряжением, либо цепь постоянного тока, небольшие миниатюрные схемы на основе микроконтроллера, аналоговые или цифровые схемы, микровольтные или милливольтовые схемы, либо это анализ цепи большой мощности или большего напряжения, такой как выпрямители, мосты. , инверторы или любые другие электронные схемы переменного или постоянного тока, все они полностью зависят от закона Ома. Без запоминания этого фундаментального принципа электроники вы не сможете решить ни одну проблему в области электроники и электротехники.

Закон Ома и основы расчета напряжения, тока и сопротивления

 

Независимо от того, являетесь ли вы любителем, техническим специалистом или планируете карьеру в области дизайна, вы должны начать с хорошего понимания того, с чем вы работаете. Для электроники это означает работу с законом Ома. Основной принцип закона Ома, который представляет собой взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением, является основой, на которой построена электроника. И точно так же, как под зданием требуется прочный фундамент, чтобы поддерживать его, ваша способность работать с электричеством и использовать его зависит от прочного фундамента закона Ома и вашего понимания его.

Ом — это стандартная единица электрического сопротивления, но вам может быть интересно, откуда взялся этот термин и как он влияет на закон Ома. Все началось с немецкого физика и математика по имени Георг Ом, и термин «ом» был назван в его честь. Так откуда же взялся закон Ома и что это за закон? Давайте посмотрим поближе.

Георг Ом, создатель закона Ома

Родившийся в 1789 году, Георг Ом начал свою профессиональную жизнь в качестве учителя математики. Однако поначалу он не был доволен своей профессией, и разные школы, в которых он первоначально преподавал, тоже не были лучшими. В конце концов, он стал преподавать математику и физику в иезуитской гимназии Кёльна. Это ему больше нравилось, поскольку у школы была хорошая репутация в области естественнонаучного образования.

Георг Ом начал экспериментировать с электричеством, что привело его к публикации статей на эту тему. В 1827 г. он опубликовал свою книгу; «Гальваническая цепь, исследованная математически», где он дал свою полную теорию электричества, включая формулу того, что в конечном итоге будет названо законом Ома. К сожалению, школа, в которой он работал, не оценила его работу, в результате чего Ом в конечном итоге ушел в отставку. Позже он перешел на должности в других школах, где его работа получила более широкое признание, а его открытие взаимосвязи между напряжением, током и сопротивлением стало известно во всем мире как закон Ома.

 

Формулы, используемые для описания закона Ома

 

Что такое закон Ома?

Георг Ом открыл и определил, как электрическое напряжение, ток и сопротивление влияют друг на друга в цепи. Цепь представляет собой замкнутый контур электричества или заряда. Компоненты, которые мы используем в цепи, будут контролировать заряд, чтобы он вел себя так, как нам нужно для работы конкретной цепи. Для начала первое, что мы сделаем, это определим эти термины:

 

  • Напряжение : В цепи одна точка будет иметь больший заряд, чем другая. Эта разница заряда между двумя точками представляет собой напряжение и измеряется в вольтах.

  • Ток : количество или объем заряда, протекающего по цепи за определенный период времени. Ток измеряется в амперах, которые обычно называют амперами.

  • Сопротивление : Некоторые материалы сопротивляются потоку электричества, и когда эти материалы используются в цепи, они создают сопротивление. Чем больше сопротивление в цепи, тем меньше заряда будет течь. Сопротивление измеряется в омах.

 

Для лучшего объяснения взаимосвязи между напряжением, током и сопротивлением может быть полезно использовать аналогию с резервуаром для воды с хостом, соединенным со дном.

 

  • Заряд будет представлен водой в баке, которая будет вытекать из шланга.

  • Напряжение будет представлено давлением потока воды.

  • Ток будет представлен объемом расхода воды.

  • Сопротивление будет представлено диаметром шланга.

 

Если наш резервуар для воды приподнят над землей, давление воды, вытекающей из шланга на дне, будет представлять собой напряжение, а объем протекающей воды будет представлять ток. Если бы диаметр шланга стал меньше, поток воды был бы сужен, что привело бы к уменьшению протекания воды. Если бы диаметр шланга стал больше, то через него могло бы пройти больше воды. Подводя итог, можно сказать, что цепь с более высоким сопротивлением будет ограничивать количество заряда, протекающего через нее.

Чтобы выразить закон Ома в виде формулы, в которой напряжение равно произведению силы тока на сопротивление, укажите V = напряжение в вольтах, I = ток в амперах и R = сопротивление в омах. Это позволяет легко решить для каждого из трех элементов:

 

  • В = I х R

  • И = В / Р

  • Р = V/I

 

Следовательно, в цепи на 12 вольт, в которой есть компонент с сопротивлением 6 Ом, мы можем рассчитать, что 12 вольт, разделенные на сопротивление 6 Ом, дадут ток в 2 ампера для нашей цепи. Хотя это чрезвычайно простое объяснение, вы можете видеть, что закон Ома будет частью почти всего в электронике.

 

PSpice — это симулятор схем, который позволит вам находить параметры в вашем проекте на основе целей схемы

 

Почему важен закон Ома?

V=IR, или закон Ома, является наиболее фундаментальным законом в электричестве, и он будет влиять на каждую цепь, с которой вы будете работать. Усилия Георга Ома ознаменовали собой первую работу в области теории и анализа электричества, которая представляет собой процесс нахождения напряжений и токов через все компоненты цепи.

Хотя сначала Ом столкнулся с холодным отношением к своему открытию, он упорствовал, и в конце концов важность закона Ома была признана всеми. Он остается наиболее широко используемым из всех различных правил и законов, касающихся электрических цепей и их поведения.

По мере того, как вы применяете закон Ома и другие электронные принципы и правила в своей работе, вам потребуются инструменты анализа, которые могут моделировать ваши схемы и точно сообщать вам, каково их поведение. Использование надлежащих инструментов SPICE может подтвердить теоретические концепции с помощью моделирования, позволит вам создавать более сложные комбинации схем перед компоновкой, а также сэкономит огромное количество времени на ручных вычислениях.

PSpice, входящий в комплект инструментов проектирования Cadence, дает вам возможность моделировать ваши схемы в программном обеспечении, экономя ваше время на самостоятельное создание и тестирование этих схем вручную. PSpice — это предпочтительный инструмент моделирования для пользователей, независимо от того, начинаете ли вы свой бизнес или уже являетесь опытным инженером. Вы также можете полностью воссоздать схему, которая у вас есть, в инструменте создания схем OrCAD Capture, чтобы ее можно было легко смоделировать с помощью PSpice.

Если вы хотите узнать больше о том, как инструменты моделирования от Cadence станут для вас лучшим решением, поговорите с нами и нашей командой экспертов.

Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.

Подпишитесь на Linkedin Посетить сайт Больше контента от Cadence PCB Solutions