Закон Ома для переменного тока

Впервые с законом Ома большинство людей познакомились еще в школе. Этот принцип не считается базовым, однако подходит для решения множества вопросов.

Закон Ома для переменного тока – частный случай, формулы для которого легко вывести из начального принципа.

Содержание

История открытия

Назван физический принцип в честь Георга Симона Ома, немецкого ученого, родившегося в конце 18 века. С раннего детства углубленно занимаясь математикой и физикой, Георг в дальнейшем связал с техническими науками жизнь.

Ученая степень доктора философии была получена Омом в 22 года, и после он не раз занимал место заведующего кафедрой математики. Его увольняли из-за публикаций своих исследований в области физики, и долгое время после этого Георг занимался исключительно наукой, перестав откликаться на приглашения в школы и университеты. И это дало свои труды – после первой неудачной работы, приведшей к ошибочному результату, Ом смог вывести закономерность связи напряжения с силой тока и сопротивлением.

Исследования ученого отнюдь не сразу были приняты миром: лишь после того, как его выводы подтвердил на практике француз Пулье. Благодаря своему упорству и долгим годам труда, Георг был награжден медалью Копли, а его фамилия послужила названием единице измерения сопротивления и физическому принципу.

Разница между постоянным и переменным током

Создание генераторов переменного тока было важным шагом, поскольку это помогло в несколько раз уменьшить потери при передаче потребителю.

В генераторах переменного тока необходимо значительное количество витков, соединенных между собой определенным образом. Обмотка, где индуцируется напряжение, устанавливается неподвижно, а магниты, создающие магнитное поле, крутятся.

Ротор генератора запускают с помощью турбогенератора, гидрогенератора или двигателя внутреннего сгорания.

Однако разница между цепями разных видов тока гораздо меньше, чем могло показаться.

Формула закона Ома

Формула состоит из трех переменных:

• Сила тока – I
• Напряжение — U
• Сопротивление – R

I прямо пропорциональна U и обратно пропорциональна R.

В электрических контурах с постоянным током I и U не меняются. В случае с переменным током эти две переменные непрерывно изменяются согласно законам физики.

Формула закона Ома для переменного тока

Формула остается неизменной, добавляются только реактивные элементы.

Сила тока равна частному напряжения и импеданса.

Для нахождения импеданса нужно знать не только реактивные сопротивления.

Емкостное сопротивление

Емкостное сопротивление (зависит от конденсатора) обратно пропорционально циклической частоте, умноженной на электроемкость.

Для нахождения циклической частоты необходимо знать частоту сети (обозначается буквой f). В случае постоянного тока f – 0, а емкость выражается бесконечным значением.

Реактивное сопротивление отсутствует, поэтому в данном примере цепь перестанет существовать.

Основное отличие — источник напряжения. f не будет равно 0, и будет возможным найти циклическую частоту.

Циклическая частота равна произведению числа пи, частоты сигнала и двух.

Стандартная частота в России равна 50 Гц.

Для нахождения электроемкости нужно знать напряжение между обкладками конденсатора и заряд. Электроемкость равна их частному.

Емкость зависит от:

• Площади пластин
• Расстояния между пластинами
• Свойств внесенного в конденсатор диэлектрика.

Индуктивное сопротивление

Индуктивное сопротивление (зависит от катушки) равно циклической частоте, умноженной на индуктивность.

Для ее нахождения нужно знать силу магнитного потока, созданного током, и саму I. Индуктивность равна их частному.

Индуктивность зависит от:

• Размеров и формы проводника
• Количества витков катушки
• От среды, в которой она находится

Так, Z равно квадратному корню из суммы возведенного в квадрат активного сопротивления и разности индуктивного и емкостного сопротивлений.

Законы синуса и косинуса

• I = наивысшему значению силы тока, умноженному на синус (косинус) суммы произведения циклической частоты и времени и фазового сдвига.
• Частное наивысшего значения силы тока и корня из двух — действующее значением силы.
• Частное наивысшего значения напряжения и корня из двух — действующее значением напряжения.

Катушка индуктивности

Основанием индукционного сопротивления является индукционное поле, которое замедляет заряды.

Индуктивность равна произведению возведенного в квадрат количества витков, абсолютной магнитной проницаемости материала сердечника и площади сечения, разделенному на длину средней линии.

Абсолютная магнитная проницаемость материала равна относительной магнитной проницаемости, умноженной на магнитную постоянную.

Участок с конденсатором

Емкостное сопротивление обратно пропорционально произведению электроемкости и частоты сигнала. Скорость изменения заряда опережает колебания напряжения на четверть периода. Фазы сдвигаются на 90°.

Исключения из закона Ома

Данный физический принцип не является базовым, а значит, существует определенные ситуации, где его использование бессмысленно:

1. Настолько высокая частота, что пренебрежение инерционностью носителей невозможно
2. Низкая температура и вещества с высокой проводимостью
3. Сильный нагрев проводника, вследствие – нелинейность зависимости напряжения от силы тока
4. Приложение к диэлектрику высоконапряженного вещества, после чего – «пробой».

Примеры решения задач

Активное сопротивление электрической цепи, состоящей из резистора, катушки и источника питание, составляет 10 кОм. Известны электроемкость – 2 Ф и индуктивность катушки – 10 мГн. Частота сигнала – 200 Гц, а амплитудное напряжение равно 12 в. Нужно вычислить полное сопротивление.

Первым шагом нужно найти реактивное сопротивление.

Для этого разобьем алгоритм на более мелкие действия, ведь нужно узнать значения емкостного и индуктивного сопротивлений.

Промежуточный результат, необходимый для дальнейших операций – циклическая частота. ( Подставляем значение, получаем 1256.

Емкостное сопротивление равно 588 Ом. Индуктивное сопротивление – округленно 1,25. Не забывайте учитывать единицы измерения.

Полное сопротивление цепи по указанной выше формуле равно 11 кОм.

Подводя итоги, отличие между постоянным и переменным током заключается в учете импеданса и частоты сигнала. В проектировании различных моделей с использованием электрического контура, чаще всего используют именно формулы, приведенные выше, ведь любой радиокомпонент проявляет и реактивное сопротивление, а это влияет на работу всей конструкции в целом.

Важно знать базовые формулы, но еще важнее знать, что закон Ома не является базовым законом физики, как, к примеру, закон Кулона. А это значит, что в ряде ситуаций он не применяется.

Фото закона Ома для переменного тока

Автор статьи:

Закон Ома: определение, формула и ограничения

Эта статья познакомит вас с законом Ома и его применимостью к электронике. Вы узнаете об истории закона Ома, о том, как он работает, и о некоторых практических примерах.

Закон Ома был разработан в 1826 году Георгом Симоном Омом. Он утверждает, что при постоянной температуре и других физических условиях количество электрического тока, протекающего через проводник, прямо пропорционально напряжению и обратно пропорционально его сопротивлению.

 

Содержание

• Закон Ома Подробное описание и формула
  • Единицы закона Ома
  • Закон Ома — векторная форма
  • Закон Ома и его приложения
  • Экспериментальная проверка закона Ома
• Связь между напряжением, током и сопротивлением
• Водопровод Аналогия закона Ома
• Закон Ома Магический треугольник
• Расчет электрической мощности по закону Ома
• Круговая диаграмма закона Ома
• Таблица матрицы закона Ома
• Ограничения закона Ома

Закон Ома Подробное описание и формула

Согласно закону электричества сила постоянного тока прямо пропорциональна разности потенциалов и обратно пропорциональна сопротивлению цепи. Таким образом, закон Ома устанавливает соотношение между напряжением (V) и током (I) на двух концах проводника, где сопротивление (R), обеспечиваемое проводником для протекания тока, постоянно.

Математическая связь описывается следующей формулой:

V = I*R

Формулу можно использовать еще в двух вариантах:

I = V/R

R = V/I

• В электрических цепях номинал резисторов, необходимых для нормального функционирования цепи, определяется по закону Ома.
• В большинстве ответвлений используется закон Ома. Он неприменим к полупроводникам (неомическим проводникам).
• Кроме того, закон Ома применяется для нахождения силы тока в цепи, где мы можем легко измерить напряжение (В) на известном резисторе.
• Закон Ома применяется, когда температура и другие физические переменные постоянны. Температура может иногда повышаться по мере увеличения тока.

Пример:

В электрической цепи сопротивление 200 Ом и напряжение питания 20 Вольт. Найдите силу тока в электрической цепи.

Решение:

V = 20, R = 200 Ом

I = V / R = 20 В / 200 Ом

=> 0,2A = 200 мАМ

Ом. используется для получения результатов:

Закон Ома — векторная форма

Материаловедение и электромагнетизм — области, в которых вы увидите использование закона Ома в векторной форме. Закон Ома отображается в виде вектора:

→     →

Дж = σ E

Где

→

Дж — плотность тока, которая является векторным эквивалентом тока.

→

E — электрическое поле, векторный эквивалент разности потенциалов, а σ — проводимость, величина, обратная удельному сопротивлению.

Дж = Е, где это обозначает электрическую проводимость, Е — электрическое поле и Дж — плотность тока, представляет собой микроскопическую форму закона Ома.

Закон Ома и его приложения

Закон Ома можно использовать по-разному. Ниже приведены некоторые примеры использования закона Ома:

• Закон Ома поддерживает желаемое падение напряжения на электрических компонентах.
• Значение напряжения, сопротивления или тока цепи можно определить с помощью закона Ома, который оценивает потребление энергии.
• В амперметрах постоянного тока и других шунтах постоянного тока ток отклоняется по закону Ома.

Экспериментальная проверка закона Ома

Приведенный ниже эксперимент демонстрирует закон Ома. Пошаговая процедура описана в пунктах ниже:

1. Сначала ключ (К) закрывается, и реостат настраивается на минимальное показание амперметра (А) и вольтметра (В).
2. Постепенно ток в цепи увеличивают, перемещая скользящий вывод реостата.
3. Во время процесса регистрируется ток, протекающий в цепи, и соответствующее значение разности потенциалов на проводе сопротивления R.
4. Таким образом получаются разные наборы значений напряжения и тока.
5. Для каждого набора значений V и I рассчитывается отношение V/I.
6. Когда вы рассчитаете соотношение V/I для каждого случая, вы заметите, что оно почти одинаково. Итак, V/I = R, что является константой.

Зависимость между напряжением, током и сопротивлением

На приведенной ниже диаграмме показана зависимость между напряжением, током и сопротивлением. Предположим, мы утроим и удвоим напряжение. В этом случае это приводит к удвоению и утроению тока цепи, т. Е. Если напряжение составляет 3 В, а ток — 6 Ом, ток будет 0,5 А.

Аналогичным образом предположим, что мы удвоили общее сопротивление. В этом случае он разбивает ток цепи наполовину, то есть 3 В, а ток составляет 12 Ом. Ток будет 0,25А.

Кроме того, соотношение между напряжением и током равно В ∝ I.  

Водопровод Аналогия закона Ома

Когда к концам каждого сопротивления приложено различное напряжение, закон Ома определяет ток, протекающий через каждое сопротивление. . Аналогия закона Ома с водопроводной трубой помогает нам понять электрические цепи, потому что мы не можем видеть электроны.

• Вода, текущая по трубам, представляет собой механическую систему, аналогичную электрической цепи.
• Прикладываемое напряжение аналогично давлению воды; ток можно принять как количество воды, протекающей по трубе, а сопротивление можно понять как размер трубы.
• При более высоком давлении или напряжении по трубе будет проходить большее количество воды или тока. Чем больше труба, тем меньше сопротивление.

Магический треугольник по закону Ома

Магический треугольник по закону Ома используется для получения результатов и запоминания различных уравнений. В случае, если запрашивается сопротивление, присутствуют значения напряжения и тока. Мы можем легко рассчитать сопротивление, применив формулу R=V/I.

Ниже приведены примеры использования магического треугольника закона Ома для определения напряжения.

Вопрос: Какой ток потребляет электрическая лампочка от источника 200 В, если сопротивление нити накала лампочки равно 800 Ом?

Решение:

Дано V = 200 В и R = 800 Ом.

Теперь у нас есть текущий,

лять = V.R

⇒ I = 200 В/ 800 Ом

⇒I = 0,025 A

Вопрос:

Источник ЭДС 6,0 В подключен к чисто устойчивому электроприбор (лампочка). Через него протекает электрический ток силой 3,0 А. Считайте, что проводящие провода не имеют сопротивления. Рассчитайте сопротивление, оказываемое электроприбором.

Решение:

Когда нас просят определить значение сопротивления при заданных значениях напряжения и силы тока, мы закрываем R треугольником. Это оставляет нам только V и I, точнее V/I.

Подставляя значения в уравнение, получаем

⇒R = V/I

⇒R = 6 В/3 A = 2 Ом

⇒ R = 2 Ом

Расчет электрической мощности с использованием закона Ома

Мы можем использовать закон Ома для получения значения электрической мощности, измеряемой в ваттах. Далее, скорость, с которой электрическая энергия преобразуется в другие формы энергии, такие как тепло или механическая энергия, называется эклектической мощностью. Следующие формулы представляют то же самое:

• P = V*I, когда заданы значения напряжения и тока.
• P = V²/R, если заданы значения напряжения и сопротивления.
• P = I²*R, если заданы значения тока и сопротивления.

Круговая диаграмма закона Ома

На следующей диаграмме показаны все уравнения, используемые для определения напряжения, тока, сопротивления и мощности. Кроме того, это помогает понять взаимосвязь между различными параметрами.

• В=И*Р, В=П/И, В=√П*Р
• I=V/R, I=P/V, I=√P/R
• Р=В/И, Р=В²/П, Р=П/И²
• P=V*I, P = I²*R, P=V²/R

Таблица матрицы закона Ома

Вот таблица матрицы закона Ома, чтобы понять значения каждого уравнения. Таблица поможет улучшить вашу практику.

 

Ограничения закона Ома 

При практическом использовании закона Ома для получения результатов некоторых уравнений возникают некоторые ограничения. Вот некоторые из них:

• Закон не применяется к односторонним электрическим элементам, таким как диоды и транзисторы, поскольку они позволяют току течь в определенном направлении.
• В случае нелинейных электрических элементов с такими параметрами, как емкость, сопротивление и др., соотношение между напряжением и током не будет постоянным. Это потому, что время затрудняет использование закона Ома.

С помощью закона Ома мы установили связь между электрическим током и разностью потенциалов в электрической цепи. Кроме того, мы можем определить связь между напряжением, током и сопротивлением с помощью круговой диаграммы закона Ома, матрицы или магического треугольника.

Самый быстрый словарь в мире | Vocabulary.com

ПЕРЕЙТИ К СОДЕРЖАНИЮ

0. Закон Ома: электрический ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению; Я = Э/Р

1. причудливый определяется случайностью или импульсом, а не необходимостью

2. 4″>

   пропуск чего-либо

3. отпустить прощение греха до

4. чрезвычайно в чрезвычайно большой степени или степени

5. Закон Гримма здравый закон, связывающий немецкие согласные и согласные в других индоевропейских языках

6. пропуск характеризуется пропусками

7. Югослав уроженец или житель Югославии

8. югослав уроженец или житель Югославии

9. подражать Стремление равняться или соответствовать, особенно путем имитации