Закон Ома

Закон Ома

Для многих проводников электричества электрический ток, протекающий по ним, прямо пропорционален приложенному к ним напряжению. При микроскопическом рассмотрении закона Ома обнаруживается, что он зависит от того факта, что скорость дрейфа зарядов через материал пропорциональна электрическому полю в проводнике. Отношение напряжения к току называется сопротивлением, и если это отношение остается постоянным в широком диапазоне напряжений, материал называется «омическим». Если материал можно охарактеризовать таким сопротивлением, то ток можно предсказать из соотношения: Данные можно ввести в любое из полей ниже. Задание любых двух величин определяет третью. После того, как вы ввели значения для двух, щелкните текст, представляющий третье значение на активной иллюстрации выше, чтобы вычислить его значение. Amperes = Volts / OHMS Версия AC Закона OHM’s Law

Индекс DC. 0018

R Ступица

Назад

Сумма изменений напряжения на любом замкнутом контуре должна равняться нулю. Независимо от того, какой путь вы выберете через электрическую цепь, если вы вернетесь в исходную точку, вы должны измерить одно и то же напряжение, ограничивая чистое изменение по контуру равным нулю. Поскольку напряжение представляет собой электрическую потенциальную энергию на единицу заряда, закон напряжения можно рассматривать как следствие закона сохранения энергии. Закон напряжения имеет большое практическое значение при анализе электрических цепей. Он используется в сочетании с текущим законом во многих задачах анализа цепей. Закон напряжения является одним из основных инструментов анализа электрических цепей, наряду с законом Ома, законом тока и соотношением сил. Применение закона напряжения к приведенным выше схемам вместе с законом Ома и правилами объединения резисторов дает числа, показанные ниже. Определение напряжений и токов, связанных с конкретной цепью, наряду с мощностью, позволяет полностью описать электрическое состояние цепи постоянного тока. Текущий закон СОБИЩАНИЯ Резистории Аналогия в цепи воды

Индийский Электричество и магнетизм

R Ступица

Назад

Электрический ток в амперах, который втекает в любой переход в электрической цепи, равен току, который вытекает из него. Можно увидеть, что это просто утверждение о сохранении заряда. Поскольку вы не теряете заряд в процессе обтекания цепи, общий ток в любом поперечном сечении цепи одинаков. Наряду с законом напряжения этот закон является мощным инструментом анализа электрических цепей. Текущий закон является одним из основных инструментов для анализа электрических цепей, наряду с законом Ома, законом напряжения и соотношением сил. Применение закона тока к приведенным выше цепям вместе с законом Ома и правилами объединения резисторов дает числа, показанные ниже. Определение напряжений и токов, связанных с конкретной цепью, наряду с мощностью, позволяет полностью описать электрическое состояние цепи постоянного тока. . Магнетизм R Ступица

Вернуться назад

Сопротивление и простые схемы – College Physics

Резюме

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

Что управляет 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 применяет разность потенциалов [латекс]\boldsymbol{V}[/латекс], которая создает электрическое поле. Электрическое поле, в свою очередь, воздействует на заряды, вызывая ток.

Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению [латекс]\boldsymbol{V}[/латекс]. Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) первым экспериментально продемонстрировал, что сила тока в металлической проволоке

прямо пропорциональна приложенному напряжению :

.

[латекс]\boldsymbol{I \propto V}.[/латекс]

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.

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

[латекс]\boldsymbol{I \propto}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{1}{R}}.[/латекс]

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

[латекс]\boldsymbol{I =}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{V}{R}}.[/латекс]

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 обладают сопротивлением [латекс]\boldsymbol{R}[/латекс], которое не зависит от напряжения [латекс]\boldsymbol{V}[/латекс] и тока [латекс]\boldsymbol{I}[/латекс]. Объект, который имеет простое сопротивление, называется резистор , даже если его сопротивление мало. Единицей сопротивления является ом, который обозначается символом [латекс]\Омега[/латекс] (греческая омега в верхнем регистре). Перестановка [латекс]\boldsymbol{I = V/R}[/латекс] дает [латекс]\boldsymbol{R = V/I}[/латекс], поэтому единицами сопротивления являются 1 Ом = 1 вольт на ампер:

[латекс]\boldsymbol{1 \;\Omega = 1}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{V}{A}}[/латекс]

На рис. 1 показана схема простой цепи. Простая схема имеет один источник напряжения и один резистор. Можно предположить, что провода, соединяющие источник напряжения с резистором, имеют незначительное сопротивление, или их сопротивление можно включить в [латекс]\boldsymbol{R}[/латекс].

Рисунок 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, как указано в [latex]\boldsymbol{I=V/R}[/latex], и использовать его для нахождения сопротивления.

Решение

Перестановка [латекс]\boldsymbol{I = V/R}[/латекс] и подстановка известных значений дает

[латекс]\жирныйсимвол{R =}[/латекс] [латекс]\жирныйсимвол{ \frac{V}{I}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{=}[/latex] [латекс]\boldsymbol{\frac{12,0 \;\textbf{V}}{2,50 \;\textbf{ A}}}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{= 4,80 \;\Омега }[/латекс]

Обсуждение

Это относительно небольшое сопротивление, но оно больше морозостойкости фары. {-5} \;\Омега}[/латекс], а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления (они не омический). Сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит, как будет показано в главе 20.3 Сопротивление и удельное сопротивление.

Дополнительную информацию можно получить, решив [латекс]\жирныйсимвол{I = V/R}[/латекс], что даст

[латекс]\boldsymbol{V = IR}.[/латекс]

Это выражение для [latex]\boldsymbol{V}[/latex] можно интерпретировать как падение напряжения на резисторе, вызванное протеканием тока [latex]\boldsymbol{I}[/latex]. Фраза [латекс]\boldsymbol{IR}[/латекс]  drop часто используется для обозначения этого напряжения. Например, фара в примере 1 имеет падение [латекс]\жирный символ{ИК}[/латекс] 12,0 В. Если измерить напряжение в различных точках цепи, будет видно, что оно увеличивается в источнике напряжения и уменьшается у резистора. 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 (с одним простым резистором) напряжение, подаваемое источником, равно падению напряжения на резисторе, поскольку [latex]\boldsymbol{PE = q \Delta V}[/latex] и тот же [ латекс]\boldsymbol{q}[/latex] проходит через каждый. Таким образом, энергия, подаваемая источником напряжения, и энергия, преобразуемая резистором, равны. (См. рис. 2.)

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

Соединения: 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.

Рис. 3. Закон Ома

• Простая цепь — это цепь, в которой есть один источник напряжения и одно сопротивление.
• Одно из утверждений закона Ома дает взаимосвязь между током [латекс]\boldsymbol{I}[/латекс], напряжением [латекс]\жирныйсимвол{V}[/латекс] и сопротивлением [латекс]\жирныйсимвол{R}[/ латекс] в простой схеме должен быть [латекс]\boldsymbol{I = \frac{V}{R}}[/латекс].
• Сопротивление выражается в омах ([латекс]\жирныйсимвол{\Омега}[/латекс]), связанных с вольтами и амперами как [латекс]\жирныйсимвол{1 \;\Омега = 1 \;\textbf{V} / \ textbf{A}}[/латекс].