Закон Ома — Learn

Закон Ома

«Не знаешь закон Ома – сиди дома»

Георг Симон Ом

Закон Ома – полученный экспериментальным путём закон, который устанавливает связь силы тока в проводнике с напряжением на концах проводника и его сопротивлением, был открыт в 1826 году немецким физиком-экспериментатором Георгом Омом.

Строгая формулировка закона Ома 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:

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]

Электрическая цепь

 

Чтобы лучше понять смысл закона Ома, нужно представлять, как устроена электрическая цепь.

Что такое электрическая цепь? Это путь, который проходят электрически заряженные частицы (электроны) в электрической схеме.

Чтобы в электрической цепи существовал ток, необходимо наличие в ней устройства, которое создавало бы и поддерживало разность потенциалов на участках цепи за счёт сил неэлектрического происхождения. Такое устройство называется источником постоянного тока, а силы – сторонними силами.

Электрическую цепь, в которой находится источник тока, называют полной электрической цепью. Источник тока в такой цепи выполняет примерно такую же функцию, что и насос, перекачивающий жидкость в замкнутой гидравлической системе.

Простейшая замкнутая электрическая цепь состоит из одного источника и одного потребителя электрической энергии, соединённых между собой проводниками.

 

Параметры электрической цепи

Электрический ток в такой цепи представляет собой движение электронов в проводнике. И хотя в действительности они движутся по направлению к положительному полюсу источника, в физике направлением тока принято считать движение от положительного полюса к отрицательному.

Количество заряженных частиц, протекающих через поперечное сечение проводника, называется силой тока. Обозначается эта величина буквой I  и измеряется в амперах.

Но проводник оказывает сопротивление движению электронов. Величину, характеризующую противодействие электрической цепи или её участка электрическому току, называют электрическим сопротивлением. Его величина называется омом в честь знаменитого физика и обозначается буквой R.

Величина, равная разности потенциалов источника электрического тока, называется электрическим напряжением. Обозначается буквой U. Измеряется в вольтах.

Участок цепи без источника тока называют внешней цепью. Её сопротивление обозначают буквой R, а внутреннее сопротивление источника – r. ЭДС источника обозначается символом ε. ЭДС источника состоит из падения напряжения U во внешней цепи и падения напряжения U₁ на самом источнике.

ε = U +U₁,

Внешняя цепь рассматривается как участок цепи. Вообще, любую электрическую цепь можно представить в виде участков, между двумя точками которых течёт электрический ток. Каждый участок можно охарактеризовать падением напряжения U, сопротивлением R и силой тока I.

Опытным путём Ом установил взаимосвязь между этими основными параметрами электрической цепи: «Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению на этом участке».

I = U/R

Это и есть формула закона Ома для участка цепи.

Опыт Ома

 

Свой знаменитый закон Ом вывел экспериментальным путём.

Проведём несложный опыт.

Соберём электрическую цепь, в которой источником тока будет аккумулятор, а прибором для измерения тока – последовательно включенный в цепь амперметр. Нагрузкой служит спираль из проволоки. Напряжение будем измерять с помощью вольтметра, включенного параллельно спирали. Замкнём с помощью ключа электрическую цепь и запишем показания приборов.

Подключим к первому аккумулятору второй с точно таким же параметрами (последовательно). Снова замкнём цепь. Приборы покажут, что и сила тока, и напряжение увеличились в 2 раза.

Вывод очевиден: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению, приложенному к концам проводника.

В нашем опыте величина сопротивления оставалась постоянной. Мы меняли лишь величину тока и напряжения на участке проводника. Оставим лишь один аккумулятор. Но в качестве нагрузки будем использовать спирали из разных материалов. Их сопротивления отличаются. Поочерёдно подключая их, также запишем показания приборов. Мы увидим, что здесь всё наоборот. Чем больше величина сопротивления, тем меньше сила тока. Сила тока в цепи обратно пропорциональна сопротивлению.

Итак, наш опыт позволил нам установить зависимость силы тока от величины напряжения и сопротивления.

Шпаргалка для запоминания

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.

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

Для наглядного объяснения своего закона Георг Ом течение тока сравнивал с течением воды по трубе, чем тоньше труба – тем больше сопротивление и меньше ток. Чем больше воды подаётся в трубу, тем выше ток.

Мне нравится такое сравнение как на картинке ниже:

 

Короткое замыкание

А что произойдёт, если сопротивление внешней цепи вдруг станет равно нулю? В повседневной жизни мы можем наблюдать это, если, например, повреждается электрическая изоляция проводов, и они замыкаются между собой. Возникает явление, которое называется коротким замыканием. Ток, называемый током короткого замыкания, будет чрезвычайно большим. При этом выделится большое количество теплоты, которое может привести к пожару. Чтобы этого не случилось, в цепи ставят устройства, называемые предохранителями. Они устроены так, что способны разорвать электрическую цепь в момент короткого замыкания.

Закон Ома для переменного тока

В цепи переменного напряжения кроме обычного активного сопротивления встречается реактивное сопротивление (ёмкости, индуктивности).

Для таких цепей U = I · Z, где Z – полное сопротивление, включающее в себя активную и реактивную составляющие.

Но большим реактивным сопротивлением обладают мощные электрические машины и силовые установки. В бытовых приборах, окружающих нас, реактивная составляющая настолько мала, что её можно не учитывать, а для расчётов использовать простую форму записи закона Ома:

I = U/R

С помощью закона Ома можно рассчитать параметры любой электрической цепи.

Мощность и закон Ома

 

Ом не только установил зависимость между напряжением, током и сопротивлением электрической цепи, но и вывел уравнение для определения мощности:

P = U · I = I² · R

Как видим, чем больше ток или напряжение, тем больше мощность. Так как проводник или резистор не является полезной нагрузкой, то мощность, которая приходится на него, считается мощностью потерь. Она идёт на нагревание проводника. И чем больше сопротивление такого проводника, тем больше теряется на нём мощности. Чтобы уменьшить потери от нагревания, в цепи используют проводники с меньшим сопротивлением. Так делают, например, в мощных звуковых установках.

Движение тока в цепи постоянного тока

Считалось, что ток движется от + к – до тех пор, пока не открыли электрон. Оказалось, что электроны двигаются от минуса к плюсу. Решили оставить предположение как есть. Путаницу может внести и то, что, если в металлах двигаются отрицательно заряженные электроны, то в электролитах присутствуют и положительные ионы, и отрицательные.

ПОНЯТИЕ, ХАРАКТЕРИСТИКИ, ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ, ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ, РАБОТА, МОЩНОСТЬ. — Студопедия

Поделись  

Постоянным током называется электрический ток, который не изменяется во времени по направлению. Источниками постоянного тока являются гальванические элементы, аккумуляторы и генераторы постоянного тока.

Электрический ток имеет определенное направление. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. Если ток образован движением отрицательно заряженных частиц, направление тока считают противоположным направлению движения этих частиц.

Для количественной оценки тока в электрической цепи служит понятие силы тока. Сила тока — это количество электрического тока q, протекающее через поперечное сечение проводника в единицу времени.

Если за время через поперечное сечение проводника переместилось количество электричества q, то сила тока

I = q / t

Единица измерения силы тока — ампер (А).

Плотностью тока (А/мм²) называют отношение силы тока I к площади поперечного сечения F проводника:

δ = I / F

В замкнутой электрической цепи ток возникает под действием источника электрической энергии, создающего и поддерживающего на своих зажимах разность потенциалов, которая измеряется в вольтах (В).

Закон Ома для участка цепи

Основным законом электротехники, при помощи которого можно изучать и рассчитывать электрические цепи, является закон Ома, устанавливающий соотношение между током, напряжением и сопротивлением.

Закон Ома для участка цепи гласит: ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.

Если увеличить в несколько раз напряжение, действующее в электрической цепи, то ток в этой цепи увеличится во столько же раз. А если увеличить в несколько раз сопротивление цепи, то ток во столько же раз уменьшится.

Чтобы выразить закон Ома математически наиболее просто, считают, что сопротивление проводника, в котором при напряжении 1 В проходит ток 1 А, равно 1 Ом.

Ток в амперах можно всегда определить, если разделить напряжение в вольтах на сопротивление в омах. Поэтому закон Ома для участка цепи записывается следующей формулой: I = U/R

Расчеты, выполняемые с помощью закона Ома для участка цепи, будут правильны в том случае, когда напряжение выражено в вольтах, сопротивление в омах и ток в амперах. Если используются кратные единицы измерений этих величин (например, миллиампер, милливольт, мегаом и т. д.), то их следует перевести соответственно в амперы, вольты и омы.

Закон Ома справедлив для любого участка цепи. Если требуется определить ток в данном участке цепи, то необходимо напряжение, действующее на этом участке (рис. 1), разделить на сопротивление именно этого участка.

Рис 1. Применение закона Ома для участка цепи

 



Измерение в электронике: Закон Ома — манекены

Термин Закон Ома относится к одному из фундаментальных соотношений, встречающихся в электронных схемах: при заданном сопротивлении ток прямо пропорционален напряжению. Другими словами, если вы увеличиваете напряжение в цепи с фиксированным сопротивлением, ток увеличивается. Если уменьшить напряжение, ток упадет.

Закон Ома выражает это соотношение простой математической формулой:

В этой формуле В обозначает напряжение (в вольтах), I обозначает ток (в амперах) и R обозначает сопротивление (в омах).

Вот пример расчета напряжения в цепи с лампой, питаемой от двух элементов АА. Предположим, вы уже знаете, что сопротивление лампы равно 12 Ом, а ток, протекающий через лампу, равен 250 мА, что равно 0,25 А. Тогда вы можете рассчитать напряжение следующим образом:

Закон Ома невероятно полезен, потому что он позволяет вычислить неизвестное напряжение, ток или сопротивление. Короче говоря, если вы знаете две из этих трех величин, вы можете вычислить третью.

Вернитесь (если осмелитесь) на урок алгебры в старшей школе и помните, что вы можете переставить члены в простой формуле, такой как закон Ома, чтобы создать другие эквивалентные формулы. В частности:

• Если вы не знаете напряжение, вы можете рассчитать его, умножив ток на сопротивление.

• Если ток неизвестен, его можно рассчитать, разделив напряжение на сопротивление.

• Если вы не знаете сопротивление, вы можете рассчитать его, разделив напряжение на силу тока.

Чтобы убедиться в том, что эти формулы работают, еще раз посмотрите на схему с лампой сопротивлением 12 Ом, подключенной к двум батарейкам АА на общее напряжение 3 В. Тогда можно рассчитать ток, протекающий через лампу, следующим образом:

Если известны напряжение батареи (3 В) и сила тока (250 мА, что составляет 0,25 А), можно рассчитать сопротивление лампы следующим образом:

Было весело вернуться к школьной алгебре? Следующее, что ты знаешь, ты начнешь искать девушку для выпускного бала.

Самое важное, что нужно помнить о законе Ома, это то, что вы всегда должны производить расчеты в вольтах, амперах и омах. Например, если вы измеряете ток в миллиамперах (что обычно делается в электронных схемах), вы должны преобразовать миллиампер в ампер, разделив на 1000. Например, 250 мА — это 0,25 А.

Вот еще несколько вещей, которые вы должны помнить о законе Ома:

• Помните, что определение одного ома — это сопротивление, которое позволяет протекать току в один ампер при приложении к нему напряжения в один вольт? Это определение основано на законе Ома. Если V равно 1 и

  I равно 1, тогда R тоже должно быть 1.

• Если вам интересно, почему символы напряжения и сопротивления В и R , что имеет смысл, а символ тока I , что не имеет смысла, это связано с историей.

  Единица измерения тока — ампер — названа в честь Андре-Мари Ампера, французского физика, который был одним из пионеров ранней науки об электричестве.

  Французское слово, которое он использовал для описания силы электрического тока, было intensité — в английском языке интенсивность . Таким образом, сила тока является мерой силы тока. Отсюда буква I .

• В интересах международного сотрудничества термин

  вольт назван в честь итальянского ученого Алессандро Вольта, который в 1800 году изобрел первую электрическую батарею. (На самом деле его полное имя было граф Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Вольта.)

Эту статью можно найти в категории:

• General Electronics,

ЗАКОН ОМА (сопротивление и падение напряжения)

ЗАКОН ОМА

Существует простая зависимость между током, протекающим по проводящему пути, и разностью потенциалов между концами пути. По мере увеличения разности потенциалов ток увеличивается , см. схему ниже. Два значения пропорциональны. То есть удвоение разности потенциалов удваивает ток. Утроенная разность потенциалов утроит ток и так далее. Это пропорциональное соотношение между разностью потенциалов и током называется законом Ома в честь Георга Ома. Он был немецким ученым, открывшим эту взаимосвязь в начале 1800-х годов.

Закон Ома обычно выражается в математической форме. Уравнение записывается следующим образом:

E = I x R

где E = разность потенциалов между концами проводника

I = ток через проводник

R = коэффициент пропорциональности между E и I Величина R называется сопротивлением проводника. он измеряется в единицах, называемых олмами. Один Ом определяется как сопротивление проводника, по которому течет ток силой 1 А, когда разность потенциалов между его концами составляет 1 В.

Греческая буква Ω (омега) используется в качестве символа для обозначения единицы измерения Ом. Например, 40 Ом означает сопротивление 40 Ом. Когда вы пишете большие или маленькие значения сопротивления, вы можете использовать префиксы для упрощения записи. В таблице показано несколько примеров использования общих префиксов.

Вы можете использовать закон Ома для вычисления третьего значения в уравнении, если вам известны любые два значения. Например, предположим, что вы знаете, что по проводнику течет ток силой 0,50 А, когда разность потенциалов между его концами составляет 25 В. Какой будет сила тока, если вы увеличите разность потенциалов до 35 В?

Чтобы ответить на этот вопрос, вы можете использовать закон Ома в два этапа. Сначала вы вычисляете сопротивление проводника, используя силу тока и разность потенциалов. Затем вы используете это значение сопротивления для расчета тока при увеличении разности потенциалов до 35 В. Эти расчеты показаны на схеме.

Обратите внимание, что в приведенной выше схеме единицы измерения включены в расчеты. Вы должны делать то же самое, когда решаете проблемы. Уравнение является физическим уравнением. Буквы обозначают физические величины, а не только числа.

Сопротивление и падение напряжения

Разность потенциалов от одного конца проводящего пути до другого зависит от того, к чему подключены эти концы. Но разность потенциалов между другими парами точек лишь частично зависит от того, с чем соединены концы пути. Это также зависит от сопротивления между точками по сравнению с общим сопротивлением.

Пример поможет вам понять этот момент. Предположим, токопроводящий путь состоит из трех участков, каждый из которых имеет разное сопротивление. Эти секции соединены последовательно, то есть встык, см. схему ниже. Весь ток в пути проходит через каждый резистор.

Предположим, что три секции имеют общее сопротивление 100 Ом. Предположим далее, что разность потенциалов между концами пути равна 100 В. Используя закон Ома, можно рассчитать, что сила тока в цепи равна 1А.

Если вы измерите разность потенциалов от одного конца пути до различных точек между участками, вы обнаружите, что разность потенциалов меньше 100 В. Если ваш измерительный прибор охватывает только один участок, разность потенциалов будет еще меньше. И если он не охватывает ни одного участка, разность потенциалов равна нулю.

Вы можете думать об этом сокращении как об уменьшении разности потенциалов по мере того, как вы проходите все меньше и меньше всего пути. Общее название этого уменьшения разности потенциалов на пути — падение напряжения .

Вы можете использовать закон Ома, чтобы понять, почему разность потенциалов уменьшается, когда вы измеряете ее только на части пути. Через каждый резистор проходит такой же ток, как и по всему пути. Следовательно, по закону Ома разность потенциалов на каждом участке равна произведению этого тока на сопротивление участка.

Например, разность потенциалов на участке А в приведенной выше цепи составляет 50 В, поскольку ток равен 1 А (1 А x 50 Ом = 50 В).