В каком классе изучают закон ома – Закон Ома для участка цепи | Физика. Закон, ГДЗ, доклад, конспект, кратко, лекция, решебник, формула, шпаргалка, шпора
Конспект “Закон Ома. Соединение проводников”
«Закон Ома. Соединение проводников»
В предыдущем конспекте «Электрическое сопротивление» был установлено, что сила тока в проводнике зависит от напряжения на его концах. Если в опыте менять проводники, оставляя напряжение на них неизменным, то можно показать, что при постоянном напряжении на концах проводника сила тока обратно пропорциональна его сопротивлению. Объединив зависимость силы тока от напряжения и его зависимость от сопротивления проводника, можно записать: I = U/R. Этот закон, установленный экспериментально, называется закон Ома (для участка цепи).
Закон Ома для участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному к его концам напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Прежде всего закон всегда верен для твёрдых и жидких металлических проводников. А также для некоторых других веществ (как правило, твёрдых или жидких).
Потребители электрической энергии (лампочки, резисторы и пр.) могут по-разному соединяться друг с другом в электрической цепи. Два основных типа соединения проводников: последовательное и параллельное. А также есть еще два соединения, которые являются редкими: смешанное и мостовое.
Последовательное соединение проводниковПри последовательном соединении проводников конец одного проводника соединится с началом другого проводника, а его конец — с началом третьего и т.д. Например, соединение электрических лампочек в ёлочной гирлянде. При последовательном соединении проводников ток проходит через все лампочки. При этом через поперечное сечение каждого проводника в единицу времени проходит одинаковый заряд. То есть заряд не скапливается ни в какой части проводника.
Поэтому при последовательном соединении проводников сила тока в любом участке цепи одинакова: I1 = I2 = I.
Общее сопротивление последовательно соединённых проводников равно сумме их сопротивлений: R1 + R2 = R. Потому что при последовательном соединении проводников их общая длина увеличивается. Она больше, чем длина каждого отдельного проводника, соответственно увеличивается и сопротивление проводников.
По закону Ома напряжение на каждом проводнике равно: U1 = I*R1, U2 = I*R2. В таком случае общее напряжение равно U = I (R1 + R2). Поскольку сила тока во всех проводниках одинакова, а общее сопротивление равно сумме сопротивлений проводников, то полное напряжение на последовательно соединённых проводниках равно сумме напряжений на каждом проводнике
Из приведённых равенств следует, что последовательное соединение проводников используется в том случае, если напряжение, на которое рассчитаны потребители электрической энергии, меньше общего напряжения в цепи.
Для последовательного соединения проводников справедливы законы:1) сила тока во всех проводниках одинакова; 2) напряжение на всём соединении равно сумме напряжений на отдельных проводниках; 3) сопротивление всего соединения равно сумме сопротивлений отдельных проводников.
Параллельное соединение проводниковПримером параллельного соединения проводников служит соединение потребителей электрической энергии в квартире. Так, электрические лампочки, чайник, утюг и пр. включаются параллельно.
При параллельном соединении проводников все проводники одним своим концом присоединяются к одной точке цепи. А вторым концом к другой точке цепи. Вольтметр, подключенный к этим точкам, покажет напряжение и на проводнике 1, и на проводнике 2. В таком случае напряжение на концах всех параллельно соединённых проводников одно и то же: U1 = U2 = U.
При параллельном соединении проводников электрическая цепь разветвляется. Поэтому часть общего заряда проходит через один проводник, а часть — через другой. Следовательно при параллельном соединении проводников сила тока в неразветвлённой части цепи равна сумме силы тока в отдельных проводниках:
В соответствии с законом Ома I = U/R, I1 = U1/R1, I2 = U2/R2. Отсюда следует: U/R = U1/R1 + U2/R2, U = U1 = U2, 1/R = 1/R1 + 1/R2 Величина, обратная общему сопротивлению параллельно соединенных проводников, равна сумме величин, обратных сопротивлению каждого проводника.
При параллельном соединении проводников их общее сопротивление меньше, чем сопротивление каждого проводника. Действительно, если параллельно соединены два проводника, имеющие одинаковое сопротивление г, то их общее сопротивление равно: R = г/2. Это объясняется тем, что при параллельном соединении проводников как бы увеличивается площадь их поперечного сечения. В результате уменьшается сопротивление.
Из приведённых формул понятно, почему потребители электрической энергии включаются параллельно. Они все рассчитаны на определённое одинаковое напряжение, которое в квартирах равно 220 В. Зная сопротивление каждого потребителя, можно рассчитать силу тока в каждом из них. А также соответствие суммарной силы тока предельно допустимой силе тока.
1) напряжение на всех проводниках одинаково; 2) сила тока в месте соединения проводников равна сумме токов в отдельных проводниках; 3) величина, обратная сопротивлению всего соединения, равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных проводников.
Смешанное соединение – соединение, которое является совокупностью последовательных и параллельных соединений. Для нахождения эквивалентного сопротивления нужно, “свернуть” схему поочередным преобразованием параллельных и последовательных участков цепи.
Существует и 4-й вид соединения проводников — мостовое, которое является самым сложным.
Конспект урока «Закон Ома. Соединение проводников».
Следующая тема: «Работа и мощность электрического тока».
Закон Ома. Соединение проводников
5 (100%) 1 vote
uchitel.pro
Применение закона Ома на практике
Про закон Ома в популярном изложенииЭлектрический ток и опасное напряжение невозможно услышать (за исключением гудящих высоковольтных линий и электроустановок). Токоведущие части, находящиеся под напряжением, ничем не отличаются по внешнему виду.
Невозможно узнать их и по запаху, и повышенной температурой в штатных режимах работы они не отличаются. Но включаем в безмолвную и тихую розетку пылесос, щелкаем выключателем – и энергия словно берется из ниоткуда, сама по себе, материализуясь в виде шума и компрессии внутри бытового прибора.
Опять же, если мы воткнем в разъемы розетки два гвоздя и возьмемся за них, то буквально всем своим телом ощутим реальность и объективность существования электрического тока. Делать это, конечно, настоятельно не рекомендуется.
Но примеры с пылесосом и гвоздями наглядно демонстрируют нам, что изучение и понимание основных законов электротехники способствует безопасности при обращении с бытовым электричеством, а также устранению суеверных предубеждений, связанных с электрическим током и напряжением.
Итак, рассмотрим один, самый ценный закон электротехники, который полезно знать. И попытаемся сделать это в как можно более популярной форме.
Открытие закона Ома
В 1827 г. немецкий физик Георг Симон Ом сформулировал закон, связывающий величины электрического тока, электродвижущей силы батареи и сопротивления простой электрической цепи, составленной из батареи и соединяющих ее полюса последовательно включенных разнородных проводников. Кроме того, он обнаружил, что различные вещества оказывают электрическому току различное сопротивление.
Ом экспериментально установил, что в последовательной цепи, составленной из нескольких участков с проводниками разного сопротивления, ток во всех участках одинаков, различна только разность потенциалов на проводниках, которую Ом назвал «падением напряжения».
Открытие закона Ома было очень важным этапом исследований электрических и магнитных явлений, имевших большое практическое значение. Закон Ома и открытые в дальнейшем законы Кирхгофа впервые дали возможность производить расчеты электрических цепей и легли в основу зародившейся электротехники.
Виды законов Ома
1. Дифференциальная форма записи закона Ома
Самый главный закон электротехники – это, конечно, закон Ома. О его существовании знают даже люди, не имеющие отношения к электротехнике. Но между тем вопрос «А знаешь ли ты закон Ома?» в технических ВУЗах является ловушкой для зарвавшихся и самонадеянных школяров. Товарищ, разумеется, отвечает, что закон Ома знает отлично, и тогда к нему обращаются с просьбой привести этот закон в дифференциальной форме. Тут-то и выясняется, что школяру или первокурснику еще учиться и учиться.
Однако дифференциальная форма записи закона Ома на практике почти неприменима. Она отражает зависимость между плотностью тока и напряженностью поля:
где G – это проводимость цепи; Е – напряженность электрического тока.
Все это – попытки выразить электрический ток, принимая во внимание только физические свойства материала проводника, без учета его геометрических параметров (длина, диаметр и тому подобное). Дифференциальная форма записи закона Ома – это чистая теория, знание ее в быту совершенно не требуется.
2. Интегральная форма записи закона Ома для участка цепи
Иное дело – интегральная форма записи. Она тоже имеет несколько разновидностей. Самой популярной из них является закон Ома для участка цепи: I=U/R
Говоря по-другому, ток в участке цепи всегда тем выше, чем больше приложенное к этому участку напряжение и чем меньше сопротивление этого участка.
Вот этот «вид» закона Ома просто обязателен к запоминанию для всех, кому хоть иногда приходится иметь дело с электричеством. Благо, и зависимость-то совсем простая. Ведь напряжение в сети можно считать неизменным.
Для розетки оно равно 220 вольт. Поэтому получается, что ток в цепи зависит только от сопротивления цепи, подключаемой к розетке. Отсюда простая мораль: за этим сопротивлением надо следить.
Короткие замыкания, которые у всех на слуху, случаются именно по причине низкого сопротивления внешней цепи. Предположим, что из-за неправильного соединения проводов в ответвительной коробке фазный и нулевой провода оказались напрямую соединены между собой. Тогда сопротивление участка цепи резко снизится практически до нуля, а ток так же резко возрастет до очень большой величины.
Если электропроводка выполнена правильно, то сработает автоматический выключатель, а если его нет, или он неисправен или подобран неправильно, то провод не справится с возросшим током, нагреется, расплавится и, возможно, вызовет пожар.
Но бывает, что приборы, включенные в розетку и отработавшие уже далеко не один час, становятся причиной короткого замыкания. Типичный случай – вентилятор, обмотки двигателя которого подверглись перегреву из-за заклинивания лопастей.
Изоляция обмоток двигателя не рассчитана на серьезный нагрев, она быстро приходит в негодность. В результате появляются межвитковые короткие замыкания, которые снижают сопротивление и, в соответствии с законом Ома, также ведут к увеличению тока.
Повышенный ток, в свою очередь, приводит изоляцию обмоток в полную негодность, и наступает уже не межвитковое, а самое настоящее, полноценное короткое замыкание. Ток идет помимо обмоток, сразу из фазного в нулевой провод. Правда, все сказанное может случиться только с совсем простым и дешевым вентилятором, не оборудованным тепловой защитой.
Шпаргалка по закону Ома для участка цепи:
Закон Ома для переменного тока
Надо отметить, что приведенная запись закона Ома описывает участок цепи с постоянным напряжением. В сетях переменного напряжения существует дополнительное реактивное сопротивление, а полное сопротивление приобретает значение квадратного корня из суммы квадратов активного и реактивного сопротивления.
Закон Ома для участка цепи переменного тока принимает вид: I=U/Z,
где Z – полное сопротивление цепи.
Но большое реактивное сопротивление свойственно, прежде всего, мощным электрическим машинам и силовой преобразовательной технике. Внутреннее электрическое сопротивление бытовых приборов и светильников практически полностью является активным. Поэтому в быту для расчетов можно пользоваться самой простой формой записи закона Ома: I=U/R.
3. Интегральная форма записи для полной цепи
Раз есть форма записи закона для участка цепи, то существует и закон Ома для полной цепи: I=E/(r+R).
Здесь r – внутреннее сопротивление источника ЭДС сети, а R – полное сопротивление самой цепи.
За физической моделью для иллюстрации этого подвида закона Ома далеко ходить не надо – это бортовая электрическая сеть автомобиля, аккумулятор в которой является источником ЭДС.
Нельзя считать, что сопротивление аккумулятора равно абсолютному нулю, поэтому даже при прямом замыкании между его клеммами (отсутствии сопротивления R) ток вырастет не до бесконечности, а просто до высокого значения.
Однако этого высокого значения, конечно, хватит для того, чтобы вызвать расплавление проводов и возгорание обшивки авто. Поэтому электрические цепи автомобилей защищают от короткого замыкания при помощи предохранителей.
Такой защиты может оказаться недостаточно, если замыкание произойдет до блока предохранителей относительно аккумулятора, или если вовсе один из предохранителей заменен на кусок медной проволоки. Тогда спасение только в одном – необходимо как можно быстрее разорвать цепь полностью, откинув «массу», то есть минусовую клемму.
4. Интегральная форма записи закона Ома для участка цепи, содержащего источник ЭДС
Следует упомянуть и о том, что есть и еще одна разновидность закона Ома – для участка цепи, содержащего источник ЭДС:
Здесь U – это разность потенциалов в начале и в окончании рассматриваемого участка цепи. Знак перед величиной ЭДС зависит от направленности ее относительно напряжения.
Воспользоваться законом Ома для участка цепи нередко приходится при определении параметров цепи, когда часть схемы недоступна для детального изучения и не интересует нас.
Допустим, она скрыта неразъемными деталями корпуса. В оставшейся схеме имеется источник ЭДС и элементы с известным сопротивлением. Тогда, замерив напряжение на входе неизвестной части схемы, можно вычислить ток, а после этого – и сопротивление неизвестного элемента.
Выводы
Таким образом, мы можем увидеть, что «простой» закон Ома далеко не так прост, как кому-то, возможно, казалось. Зная все формы интегральной записи законов Ома, можно понять и легко запомнить многие требования электробезопасности, а также приобрести уверенность в обращении с электричеством.
Урок физики в 8-м классе по теме «Работа электрического тока»
Урок разработан и проведён по программе, учебнику А.В. Перышкина и Н.А. Родиной в технологии, органично сочетающей в себе достоинства личностно-ориентированного обучения и практической направленности, что позволяет:
- построить структуру урока, основываясь на социальном и прошлом учебном опыте учащихся;
- грамотно выстроить цепочку мотивации учебного труд;
- дать возможность на личностном уровне погрузиться в мир новых знаний и проявить себя каждому учащемуся;
- направить на личность ребёнка, создание атмосферы сотворчества детей, детей и педагога, детей и “учебного материала”.
Урок структурно выдержан по методам
формам и приёмам работы – развивающий,
способствующий активному участию каждого
ученика в получении ЗУНов, а наиболее способным
для достижений более сложных целей –
формирования УМов (убеждений, мнений),
позволяющий открыть дорогу к самостоятельному
познанию.
Это создаёт своего рода творческое состояние
учащихся на уроке, способствует
аргументированным действиям и рассуждениям
детей.
Со стороны учителя господствуют
субъект-субъектные отношения, что раскрепощает
детей, раскрывает простор творчеству, фантазии.
Для каждого ученика становятся ясным его
достижения и его пробелы.
Учитель группирует для себя проблемы, над
которыми нужно работать с каждым учащимся
индивидуально. Урок имеет целостное восприятие,
демонстрирует ранее приобретённые знания,
умения, навыки школьников, отражает развитие их
способностей к самооценке. Несёт хороший заряд
воспитательного воздействия – мотивированного
учебного труда с анализом его составляющих,
выводами.
Тема: Работа электрического тока.
Цели:
- ввести понятие работы электрического тока;
- развитие практических навыков работы с физическими приборами;
- воспитание исследовательских навыков и качеств личности.
Оборудование: демонстрационные вольтметр, амперметр, вольтметр, источник питания, линейка, фотоэлемент, реостат, ключ, соединительные провода.
Понятия: электрический ток.
Тип урока: изучение нового материала.
ХОД УРОКА
I. Изучение нового материала.
1). Повторение физических величин изученных на предыдущих уроках.
Учитель. На предыдущих уроках мы занимались изучением различных электрических явлений, познакомились с важными физическими величинами, без которой невозможно изучение новой темы. Напомните, о какой физической величине шла речь?
Ученик. Сила тока, напряжение, сопротивление.
Учитель: Мы также познакомились и с основными физическими законами, связанными с прохождением тока по проводникам. Какие это законы?
Ученик. Закон Ома, законы распределения тока и напряжения при параллельном и последовательном соединении проводников.
2) Механическая работ а.
Учитель. Сегодня на уроке мы продолжим изучение электрических явлений. Вначале попытаемся вспомнить то, что вы хорошо уже знаете и что поможет вам понять новую тему. Давайте проведем небольшой эксперимент. Соедините ладони, и быстро потрите их друг о друга. Что, вы, почувствовали?
Ученик. Они нагрелись за счет силы трения. Наши ладони перемещались друг относительно друга, а значит, совершали работу. Затраченная работа равна произведению силы трения на перемещение.
Учитель. А совершалась ли работа, когда вы писали ручкой?
Ученик. Да, она совершалась мускульной силой руки.
Учитель. Итак, в обоих случаях была
совершена работа, так как наличествует сила и
перемещение. С понятием работы вы уже
неоднократно сталкивались в обыденной жизни.
Этим словом мы называем всякий полезный труд
рабочего, инженера, врача, учителя. Ваша работа –
это тоже работа. Но в физике понятие работа
несколько иное. Работа – это определенная
физическая величина. Давайте проведем еще один
простой опыт.
Шарик падает с высоты ____ до высоты ____ (условно
считаем эту высоту нулевой) Будет ли совершена в
этом случае работа?
Ученик. Работа будет совершена, так как на шарик действует сила тяжести и под действием этой силы он совершает перемещение.
Учитель. А как рассчитать эту работу?
Ученик. По формуле A = mgh
(На доске таблицы)
Учитель. А что такое h в этой
формуле? Ведь это путь, пройденный шариком,
следовательно, он равен разности начальной и
конечной высот
h = h1 – h2. Поэтому мы можем записать: A =
mgh1 – mgh2
Если mgh = П – потенциальная энергия тела на высоте h, то совершенная работа равна изменению потенциальной энергии тела. А что произошло с полной механической энергией тела?
Ученик. Она не изменилась. Сумма кинетической и потенциальной энергии тела на высоте h3 равна этой сумме на высоте h2.
Таким образом, энергия перешла из одного вида в другой.
3). Изменение и превращение энергии при электрических явлениях.
Учитель. Теперь мы сможем сделать с вами вывод о том, что работа характеризует изменение энергии и превращение одного вида энергии в другой. Давайте обсудим, может ли происходить изменение и превращение энергии при электрических явлениях. Обратимся к опытам, которые я вам сейчас покажу, а вы будете мне помогать. Посмотрите на доску. На ней висит табличка, где указаны лишь некоторые примеры тех превращений энергии, которые могут происходить при электрических явлениях. Выбирая правильный ответ и поднимая сигнальную карточку с номером (их пять у каждого из вас), вы будете отвечать мне на вопрос о том, какие превращения энергии вы наблюдали в том или ином опыте.
Взаимопревращения видов энергии
|
Демонстрация а) действие фотоэлемента; |
Учитель. При электрических явлениях могут происходить различные превращения одного вида энергии в другой.Какой вывод можно сделать из этого?
Ученик. Раз происходит превращение одного вида энергии в другой, то совершается работа.
Учитель. В электрической цепи мерой превращения электрической энергии является работа электрического тока.
4). За счет чего совершается работа электрического тока?
Ученик. Она совершается за счет энергии электрического тока.
Учитель. – Что такое электрический
ток?
– Что необходимо, чтобы создать ток в проводнике?
– Чем создается электрическое поле?
– Какая сила действует на заряженные частицы в
проводнике и приводит их в упорядоченное
движение?
Вывод: движение электронов вызывается действием силы электрического поля следовательно, сила электрического поля совершает работу.
5). От чего зависит значение работы электрического тока?
СХЕМА ОПЫТА
Чем ярче горит лампочка, тем больше
выделяется энергии, а значит, совершается
большая работа электрическим током. Этому случаю
соответствует большее значение силы тока и
больше значение напряжения. Значит, работа
зависит от силы тока и напряжения.
Как вы думаете, в каком случае будет выделяться
больше тепла: когда лампочка горит длительное
время или горит долго?
Ученик. Чем дольше горит лампочка, тем больше выделяется тепла.
Учитель. Верно. Значит, от какой еще величины зависит работа электрического тока?
Ученик. От времени. Чем дольше горит лампочка, тем большая работа будет совершена.
Учитель. Значит, есть еще величина, от которой зависит работа электрического тока – это время. Мы можем записать формулу, по которой рассчитывается работа:
А = U I t
(А) = 1 Дж = 1 А х 1 В х 1 С
6). Получение формулы работы электрического тока из определения напряжения.
Учитель. Можно ли получить эту формулу из известного вам определения напряжения?
(Работа по учебнику А.В. Перышкина, Н.А. Родина).
Посмотрите на рисунки 7, 8 стр. 80. Что в них общего и чем они отличаются?
Ученик. Сила тока одинакова, но лампочки светятся по-разному, так как одна из них питается от сети, а другая от источника постоянного напряжения. Поэтому при одинаковой силе тока на участках цепи, где включена лампочка, при перемещение одного и того же электрического заряда, равно 1 Кл , работа электрического тока различна, так как в цепях разное напряжение. Если напряжение равно 4 В, то заряд в 1 Кл, пройдя от точки А до точки Б, совершит работу 4 Дж, а при напряжении 220 В совершенная работа равна 220 Дж.
Учитель. Что такое напряжение?
Ученик. Это отношение работы тока на данном участке цепи к электрическому заряду, проходящему по этому участку: U=A/q
Учитель. Пользуясь этим определением, мы можем получить формулу для работы. Ведь заряд, прошедший по участку цепи за время t, по определению, равен произведению силы тока на время: q=I t следовательно, A=Uq=UIt
II Закрепление материала.
1). Решение задач.
Гр. А “делай с нами». Задача. Рассчитать, какую работу совершает электрический ток в электродвигателе вентилятора за 30 сек., если при напряжении 220 В сила тока в двигателе равна 0,1 А? (решается у доски) Дано: U = 220 В, Решение: Ответ: А = 660 Дж |
Гр. В “делай как мы”. Задача. Какую работу совершает электродвигатель за 1 час, если сила тока в цепи равна 5 А, напряжение на клеммах 220 В и КПД двигателя 80%? (следует устный разбор) Дано: t = 1 ч. = 3600 с., Решение: А затр. = U I t |
Гр. С “делай лучше
нас”. Задача. Два проводника сопротивлением по 5 Ом каждый соединены сначала последовательно, а потом параллельно и в обоих случаях включены под напряжение 4,5 В. В каком случае работа тока за одно и то же время будет больше и во сколько раз? |
Учитель. Итак, мы научились вычислять работу. А какие приборы нужны, чтобы ее измерить?
Ученик. Амперметр, вольтметр, часы.
Учитель. Как они включаются в цепь?
Ученик. Амперметр – последовательно, вольтметр – параллельно. При включении приборов необходимо соблюдать полярность.
III. Итог урока.
- Какую новую физическую величину мы с вами рассмотрели на уроке?
- От чего зависит работа электрического тока?
- В каких единицах она измеряется?
- Какими приборами измеряется работа электрического тока?
IV. Домашнее задание.
Параграф 50 (задачи: для гр. “А” № 6, гр. “В” № 15, гр. “С” № 20).
разработка урока в 8 классе по теме»Закон Ома»
Вот, посмотрите на этот «шарж». Ответ на вопрос «Что такое шарж», вы видите на карточках и на доске. (Слайд 2) Это нарисованный с юмором, но добродушный рисунок, изображающий человека, животное либо какой-либо предмет, при этом подчеркнуты наиболее характерные признаки данного лица либо предмета. Шаржист рисует так, чтобы хотелось улыбнуться и порадоваться, но не посмеяться над человеком.
Различают следующие виды шаржа:
1. Портретный – когда рисуется только чей-либо портрет.
2. Сюжетный – создается определенный сюжет с поступками, увлечениями какого-то лица.
3. Групповой – изображается сразу несколько человек, причем они объединены на рисунке общей идеей. (Слайд 3) И так, наши господа объединены общей идеей. Прежде чем выяснять их общую идею, давайте с ними познакомимся. Может, Вы их знаете? Начнем с господина «Ампер» Что вы знаете о нем? (Слайды 4,5,6) (перечисляют что о них знают) Хорошо! Значит, Господин «А» символизирует силу тока, господин «В» символизирует напряжение, господин «О» — сопротивление.
Какая общая идея у них на данном рисунке? Протолкнуть господина «А» в проводнике. То есть, изменить силу тока. В каком случае это случится?
Выдвигаем гипотезы.
1. Если Господин «В»сильнее протолкнет. То есть, увеличит напряжение. Тогда силы тока будет больше. Зависимость между ними будет прямо пропорциональная.
I ~ U
2. Если Господин «О» ослабитверевку. То есть, уменьшит сопротивление. Тогда силы тока тоже будет больше. Зависимость – обратно пропорциональная.
I ~ 1/R(Слайд 7)
Проверим эти гипотезы на экспериментах.
Их выполняем в Виртуальной лаборатории.
Виртуальная ЛР «Изучение Закона Ома на участке цепи»
- Откройте страницу http://school-collection.edu.ru/
- Выберите класс: 8, предмет: Физика, В рубрике Инновационные учебные материалы: «Физика. 7-9 классы»
- Откройте Физика 7-9 классы, Часть 2. 8 класс/Электрические явления/3.15.Урок15 «Закон Ома для участка электрической цепи».
- Откройте документ. Выполняете задание пошагово.
1 и 2 шаг. Прочитайте.
3 шаг. Соберите виртуальную цепь (при помощи мыши), замкните ключ. Начертите схему в отчет.
4 шаг. Выполните эксперимент Исследование зависимости I(U). Запишите показания приборов в виртуальную тетрадь. Занесите цифры в таблицу. Постройте график в виртуальной работе.
5 шаг. Выполните эксперимент Исследование зависимости I(R). Запишите показания приборов в виртуальную тетрадь. Занесите цифры в таблицу. Постройте график в виртуальной работе.
6 шаг. Пройдите интерактивный тренинг.
Напишите вывод. Время выполнения – 20 минут. (слайды 8, 9)
Итак, к какому выводу пришли?
Подтвердили ваши гипотезы? Хорошо!
Это вы открыли Закон. Этот закон был открыт немецким ученым Георг Омом в 1827 г. И носит его имя. Откройте документ с названием Ом и познакомьтесь с его биографией. Мы на слайд можем добавить информацию об этом. Переходите к столам, и продолжим урок.
Внимание на экран. Вот запись закона Ома. Запишите в тетрадях тему и запись закона. (слайд 10) Обратите внимание на следующий слайд. (слайд 11) При решении задач можно пользоваться этими формулами, запишите.
Легко запоминается закон Ома в таком виде. (слайды 12, 13)
Теперь, выполняем виртуальный тест.
Виртуальное выполнение теста для проверки усвоения Закона Ома.
1. Откройте страницу http://school-collection.edu.ru/
2.Выберите класс: 8, предмет: Физика, В рубрике Инновационные учебные материалы: «Физика. 7-9 классы»
3. Откройте Физика 7-9 классы, Часть 2. 8 класс/Электрические явления/3.15.Урок15 Тест к уроку «Закон Ома для участка электрической цепи»
4. Откройте документ. Выполните тест.
Оценки занесите в оценочный лист. Туда же занесите баллы за практическую работу. Это оценки за урок. Запишите в дневник домашнее задание. Оно на слайде. (слайд 14). Спасибо за урок.
Короткое замыкание — урок. Физика, 8 класс.
Каждый раз, когда вы вставляете вилку электроприбора в розетку, вы замыкаете электрическую цепь, и по ней начинает течь электрический ток.
Потребитель электрического тока преобразует электрическую энергию, которая к нему поступает, в другие виды энергии — механическую (например, в электродвигателях), тепловую (в утюгах, нагревательных приборах), световую (в осветительных приборах).
При создании электроприборов обязательно рассчитываются и указываются в маркировках и технических паспортах оптимальное и максимальное значение силы тока и напряжения. При превышении максимальных значений перегрев элементов прибора может нарушить их электрическую изоляцию, повлиять на работоспособность прибора.
Рассмотрим простейшую электрическую цепь, которая состоит из источника тока (1), выключателя (2) и потребителя электроэнергии (3), соединённых между собой проводами (рис. 1).
Рис. 1
Сила тока в этой цепи определяется по закону Ома:
I=UR, где
\(U\) — напряжение в сети;
\(R\) — сопротивление потребителя электроэнергии (электроприбора).
Сила тока прямо пропорциональна напряжению в сети и обратно пропорциональна сопротивлению, которое создаёт электроприбор.
Что произойдёт, если цепь замкнуть проводником так, как показано на рисунке 2, то есть между точками \(A\) и \(B\) напрямую?
Рис. 2
В этом случае основная часть электрического тока потечёт по проводнику \(AB\), минуя потребитель тока, так как сопротивление участка \(AB\) намного меньше, чем сопротивление электроприбора.
При этом общее сопротивление цепи сильно уменьшится, а в результате, согласно закону Ома для участка цепи, сила тока в ней резко возрастёт. Возникнет короткое замыкание.
Короткое замыкание (КЗ) — явление резкого увеличения значения электрического тока в цепи вследствие уменьшения внешнего сопротивления до нуля.
Ток короткого замыкания прямо пропорционален ЭДС цепи и обратно пропорционален внутреннему сопротивлению ЭДС: \(I_{кз}=\frac{\varepsilon}{r}\).
Как известно из закона Джоуля-Ленца, количество теплоты \(Q\), выделяемое на участке цепи \(R\), пропорционально квадрату силы тока \(I\) на этом участке:
Q=I2Rt, где
\(t\) — время протекания тока по цепи.
Согласно этому закону, если при коротком замыкании ток увеличится в \(10\) раз, то количество теплоты, выделяющейся при этом, возрастёт примерно в \(100\) раз (при прочих равных условиях)!
Вот почему короткое замыкание может вызвать расплавление проводов, воспламенение изоляции и в конечном итоге привести к возгоранию горючих предметов вокруг места короткого замыкания и к пожару.
Чаще всего причиной короткого замыкания является нарушение изоляции проводов (из-за их износа, неправильной эксплуатации и т.п.). Также причиной короткого замыкания могут быть механические повреждения в электрической цепи или в электроприборе, а также перегрузки сети.
§ 10. Законы Кирхгофа | Электротехника
Закон Ома устанавливает зависимость между силой тока, напряжением и сопротивлением для простейшей электрической цепи, представляющей собой один замкнутый контур. В практике встречаются более сложные (разветвленные) электрические цепи, в которых имеются несколько замкнутых контуров и несколько узлов, к которым сходятся токи, проходящие по отдельным ветвям. Значения токов и напряжений для таких цепей можно находить при помощи законов Кирхгофа.
Первый закон Кирхгофа устанавливает зависимость между токами для узлов электрической цепи, к которым подходит несколько ветвей. Согласно этому закону алгебраическая сумма токов ветвей, сходящихся в узле электрической цепи, равна нулю:
?I = 0 (16)
При этом токи, направленные к узлу, берут с одним знаком (например, положительным), а токи, направленные от узла,— с противоположным знаком (отрицательным). Например, для узла А (рис. 23, а)
I1 + I2 + I3 – I4 – I5 = 0 (17)
Преобразуя это уравнение, получим, что сумма токов, направленных к узлу электрической цепи, равна сумме токов, направленных от этого узла:
I1 + I2 + I3 = I4 + I5 (17′)
В данном случае имеет место полная аналогия с распределением потоков воды в соединенных друг с другом трубопроводах (рис. 23, б).
Второй закон Кирхгофа устанавливает зависимость между э. д. с. и напряжением в замкнутой электрической цепи. Согласно этому закону во всяком замкнутом контуре алгебраическая сумма э. д. с. равна алгебраической сумме падений напряжения на сопротивлениях, входящих в этот контур:
?E = ?IR (18)
При составлении формул, характеризующих второй закон Кирхгофа, значения э. д. с. E и падений напряжений IR считают положительными, если направления э. д. с. и токов на соответствующих участках контура совпадают с произвольно выбранным направлением обхода контура. Если же направления э. д. с. и токов на соответствующих участках контура противоположны выбранному направлению обхода, то такие э. д. с. и падения напряжения считают отрицательными.
Рассмотрим в качестве примера электрическую цепь, в которой имеются два источника с электродвижущими силами E1 и E2
(рис. 24, а), внутренними сопротивлениями Ro1, Ro2 и два приемника с сопротивлениями R1 и R2. Применяя второй закон Кирхгофа для «этой цепи и выбирая направление ее обхода по часовой стрелке,
получим:
E1 – E2 = IR01 + IR02 + IR1 + IR
При этом э. д. с. E1 и ток I совпадают с выбранным направлением обхода контура и считаются положительными, а э. д. с. Е2, противоположная этому направлению, считается отрицательной.
Если в электрической цепи э. д. с. источников электрической энергии при обходе соответствующего контура направлены навстречу друг другу (см. рис. 24, а), то такое включение называют встречным. В этом случае на основании второго закона Кирхгофа ток I = (E1-E2)/(R1+R2+R01+R02).
Встречное направление э. д. с. имеет место, например, на э. п. с.при включении электродвигателей постоянного тока (их можно
рассматривать как некоторые источники э. д. с.) в две параллельные группы, а также при параллельном включении аккумуляторов в батарее
Если же э. д. с. источников электрической энергии имеют по контуру одинаковое направление (рис. 24, б), то такое включение называют согласным и ток I = (E1-E2)/(R1+R2+R01+R02). В неко-
Рис 24. Схемы электрических цепей с несколькими источниками и приемниками электрической энергии: а и б — неразветвленных; в — разветвленной
торых случаях такое включение недопустимо, так как ток в цепи резко возрастает.
Если в электрической цепи имеются ответвления (рис. 24, в), то по отдельным ее участкам проходят различные токи I1 и I2. Согласно второму закону Кирхгофа E1-E2=I1R01+I1R1-I2R2-I2R02-I2R3+I1R4
При составлении этого уравнения э. д. с. Е1 и ток I1 считаются положительными, так как совпадают с принятым направлением обхода контура, э. д. с. Е2 и ток I2 — отрицательными.
Проводник № | |||||
U, В |
|
|
| ||
I, А |
|
|
| ||
R = U/I, Ом |
|
|
| Проводник № 1 | |
U, В | 1 | 2 | 3 | ||
I, А | 1 | 2 | 3 | ||
R=U/I, Ом | 1 | 1 | 1 | ||
| Проводник № 2 | ||||
U, В | 1 | 2 | 3 | ||
I, А | 0,5 | 1 | 1,5 | ||
R=U/I, Ом | 2 | 2 | 2 | ||
| Проводник №3 | ||||
U, В | 1 | 2 | 3 | ||
I, А | 0,25 | 0,5 | 0,75 | ||
R=U/I, Ом | 4 | 4 | 4 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 |
Музыка | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 |
Свет | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 |
Оружие | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 |
Люди | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 |
1. Азбука | 1. Акваланг | ||||
2. Мензурка | 2. Морзе | ||||
3. Закон | 3. Молекула | ||||
4. Прибор | 4. Тело | ||||
Б) | |||||
1. Закон | 1. Морзе | ||||
2. Мензурка | 2. Вещество | ||||
3. Явление | 3. Паскаль | ||||
4. Дыра | 4. Атом | p=gh/? | |||
2. s=t/v | p=Fs | ||||
3. F=gV | ?=mV |
Ома: сопротивление и простые схемы
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Объясните происхождение закона Ома.
- Рассчитывайте напряжения, токи 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, розетки и т. Д., Которые необходимы для поддержания тока.Все такие устройства создают разность потенциалов и условно называются источниками напряжения. Когда источник напряжения подключен к проводнику, он прикладывает разность потенциалов В, , 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 В, . Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) первым экспериментально продемонстрировал, что ток в металлической проволоке прямо пропорционален приложенному напряжению :
[латекс] I \ propto {V} \\ [/ латекс].
Это важное соотношение известно как закон Ома . Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, в которой напряжение является причиной, а ток — следствием. Это эмпирический закон, подобный закону трения — явление, наблюдаемое экспериментально. Такая линейная зависимость возникает не всегда.
Сопротивление и простые схемы
Если напряжение управляет током, что ему мешает? Электрическое свойство, препятствующее току (примерно такое же, как трение и сопротивление воздуха), называется сопротивлением R .Столкновения движущихся зарядов с атомами и молекулами вещества передают энергию веществу и ограничивают ток. Сопротивление обратно пропорционально току, или
.[латекс] I \ propto \ frac {1} {R} \\ [/ latex].
Так, например, при удвоении сопротивления ток уменьшается вдвое. Комбинируя отношения тока к напряжению и тока к сопротивлению, получаем
[латекс] I = \ frac {V} {R} \\ [/ латекс].
Это соотношение также называется законом Ома.Закон Ома в такой форме действительно определяет сопротивление определенных материалов. Закон Ома (как и закон Гука) не универсален. Многие вещества, для которых действует 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 R , которое не зависит от напряжения В и тока I . Объект с простым сопротивлением называется резистором , даже если его сопротивление невелико.Единица измерения сопротивления — Ом, и обозначается символом Ω (греческая омега в верхнем регистре). Перестановка I = V / R дает R = V / I , поэтому единицы сопротивления равны 1 Ом = 1 вольт на ампер:
[латекс] 1 \ Omega = 1 \ frac {V} {A} \\ [/ latex].
На рисунке 1 показана схема простой схемы. 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 R .
Рис. 1. Простая электрическая цепь, в которой замкнутый путь прохождения тока обеспечивается проводниками (обычно металлическими), соединяющими нагрузку с выводами батареи, представленной красными параллельными линиями. Зигзагообразный символ представляет собой единственный резистор и включает любое сопротивление в соединениях с источником напряжения.
Пример 1. Расчет сопротивления: автомобильная фара
Какое сопротивление проходит у автомобильной фары 2.50 А течет при подаче на него 12,0 В?
СтратегияМы можем изменить закон Ома в соответствии с I = V / R и использовать его для определения сопротивления.
РешениеПерестановка I = V / R и замена известных значений дает
[латекс] R = \ frac {V} {I} = \ frac {\ text {12} \ text {.} \ Text {0 V}} {2 \ text {.} \ Text {50 A}} = \ text {4} \ text {.} \ text {80 \ Omega} \\ [/ latex].
ОбсуждениеЭто относительно небольшое сопротивление, но оно больше, чем хладостойкость фары.Как мы увидим в разделе «Сопротивление и удельное сопротивление», сопротивление обычно увеличивается с повышением температуры, поэтому лампа имеет меньшее сопротивление при первом включении и потребляет значительно больший ток во время короткого периода прогрева.
Сопротивление может быть разным. Некоторые керамические изоляторы, например те, которые используются для поддержки линий электропередач, имеют сопротивление 10 12 Ом или более. Сопротивление сухого человека может составлять 10 5 Ом, тогда как сопротивление человеческого сердца составляет примерно 10 3 Ом.Кусок медного провода большого диаметра длиной в метр может иметь сопротивление 10 −5 Ом, а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления (они неомичны). Сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит, как будет показано в разделах «Сопротивление и удельное сопротивление». Дополнительное понимание можно получить, решив I = V / R для V , что дает
В = ИК
Это выражение для В, можно интерпретировать как падение напряжения на резисторе, вызванное протеканием тока I .Для этого напряжения часто используется фраза IR drop . Например, фара в Пример 1 выше имеет падение IR на 12,0 В. Если напряжение измеряется 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 похож на трубу, которая снижает давление и ограничивает поток из-за своего сопротивления.Здесь сохранение энергии имеет важные последствия. Источник напряжения подает энергию (вызывая электрическое поле и ток), а резистор преобразует ее в другую форму (например, тепловую энергию). В простой схеме (с одним простым резистором) напряжение, подаваемое источником, равно падению напряжения на резисторе, так как PE = q Δ V , и то же самое q протекает через каждую. Таким образом, энергия, подаваемая источником напряжения, и энергия, преобразуемая резистором, равны.(См. Рисунок 2.)
Рис. 2. Падение напряжения на резисторе в простой цепи равно выходному напряжению батареи.
Установление соединений: сохранение энергииВ простой электрической цепи единственный резистор преобразует энергию, поступающую от источника, в другую форму. Здесь о сохранении энергии свидетельствует тот факт, что вся энергия, подаваемая источником, преобразуется в другую форму только с помощью резистора. Мы обнаружим, что сохранение энергии имеет другие важные применения в схемах и является мощным инструментом анализа схем.
Исследования PhET: закон ОмаПосмотрите, как уравнение закона Ома соотносится с простой схемой. Отрегулируйте напряжение и сопротивление и посмотрите, как изменяется ток по закону Ома. Размеры символов в уравнении изменяются в соответствии с принципиальной схемой.
Щелкните, чтобы запустить моделирование.
Сводка раздела
- Простая схема — это схема , в которой есть один источник напряжения и одно сопротивление.
- Одно из утверждений закона Ома дает соотношение между током I , напряжением В и сопротивлением R в простой схеме как [латекс] I = \ frac {V} {R} \\ [/ latex] .
- Сопротивление выражается в единицах Ом (Ом), относящихся к вольтам и амперам на 1 Ом = 1 В / А.
- Существует падение напряжения IR на резисторе, вызванное протекающим через него током, равным В = IR .
Концептуальные вопросы
- Падение напряжения IR на резисторе означает изменение потенциала или напряжения на резисторе.Изменится ли ток при прохождении через резистор? Объяснять.
- Как падение IR в резисторе похоже на падение давления в жидкости, протекающей по трубе?
Задачи и упражнения
1. Какой ток протекает через лампочку фонаря на 3,00 В, когда ее горячее сопротивление составляет 3,60 Ом?
2. Вычислите эффективное сопротивление карманного калькулятора с батареей на 1,35 В, через которую протекает ток 0,200 мА.
3.Каково эффективное сопротивление стартера автомобиля, когда через него проходит 150 А, когда автомобильный аккумулятор подает на двигатель 11,0 В?
4. Сколько вольт подается для работы светового индикатора DVD-плеера с сопротивлением 140 Ом, если через него проходит 25,0 мА?
5. (a) Найдите падение напряжения в удлинителе с сопротивлением 0,0600 Ом, через который проходит ток 5,00 А. (b) Более дешевый шнур использует более тонкую проволоку и имеет сопротивление 0.300 Ом. Какое в нем падение напряжения при протекании 5.00 А? (c) Почему напряжение на любом используемом приборе снижается на эту величину? Как это повлияет на прибор?
6. ЛЭП подвешена к металлическим опорам со стеклянными изоляторами, имеющими сопротивление 1,00 × 10 9 Ом. Какой ток протекает через изолятор при напряжении 200 кВ? (Некоторые линии высокого напряжения — постоянного тока.)
Глоссарий
- Закон Ома:
- — эмпирическое соотношение, указывающее, 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, равная 1Ω = 1 В / А
- омическое:
- тип материала, для которого действует закон Ома
- простая схема:
- схема с одним источником напряжения и одним резистором
Избранные решения проблем и упражнения
1.0,833 А
3. 7,33 × 10 −2 Ом
5. (а) 0,300 В
(б) 1,50 В
(c) Напряжение, подаваемое на любой используемый прибор, снижается, поскольку общее падение напряжения от стены до конечного выхода прибора является фиксированным. Таким образом, если падение напряжения на удлинителе велико, падение напряжения на приборе значительно уменьшается, поэтому выходная мощность прибора может быть значительно уменьшена, что снижает способность прибора работать должным образом.
Закон Ома и соотношение V-I-R
В физике есть определенные формулы, которые настолько мощны и распространены, что достигают уровня общеизвестных знаний. Студент, изучающий физику, записывал такие формулы столько раз, что запоминал их, даже не пытаясь. Безусловно, для профессионалов в этой области такие формулы настолько важны, что остаются в их сознании. В области современной физики E = m • c 2 . В области ньютоновской механики существует F net = m • a.В области волновой механики v = f • λ. А в области текущего электричества ΔV = I • R.
Преобладающим уравнением, которое пронизывает изучение электрических цепей, является уравнение
ΔV = I • RДругими словами, разность электрических потенциалов между двумя точками в цепи ( ΔV ) эквивалентна произведению тока между этими двумя точками ( I ) и общего сопротивления всех электрических устройств, присутствующих между этими двумя точками ( R ).В остальной части этого раздела Физического класса это уравнение станет самым распространенным уравнением, которое мы видим. Это уравнение, часто называемое уравнением закона Ома , является мощным предсказателем взаимосвязи между разностью потенциалов, током и сопротивлением.
Закон Ома как предиктор токаУравнение закона Ома можно переформулировать и выразить как
В качестве уравнения это служит алгебраическим рецептом для вычисления тока, если известны разность электрических потенциалов и сопротивление.Тем не менее, хотя это уравнение служит мощным рецептом решения проблем, это гораздо больше. Это уравнение указывает две переменные, которые могут повлиять на величину тока в цепи. Ток в цепи прямо пропорционален разности электрических потенциалов, приложенной к ее концам, и обратно пропорционален общему сопротивлению внешней цепи. Чем больше напряжение аккумулятора (то есть разность электрических потенциалов), тем больше ток. И чем больше сопротивление, тем меньше ток.Заряд идет с наибольшей скоростью, когда напряжение батареи увеличивается, а сопротивление уменьшается. Фактически, двукратное увеличение напряжения батареи привело бы к двукратному увеличению тока (если все остальные факторы остаются равными). А увеличение сопротивления нагрузки в два раза приведет к уменьшению тока в два раза до половины его первоначального значения.
Таблица ниже иллюстрирует эту взаимосвязь как качественно, так и количественно для нескольких цепей с различными напряжениями и сопротивлением батарей.
Строки 1, 2 и 3 показывают, что удвоение и утроение напряжения батареи приводит к удвоению и утроению тока в цепи. Сравнение строк 1 и 4 или строк 2 и 5 показывает, что удвоение общего сопротивления служит для уменьшения вдвое тока в цепи.
Поскольку на ток в цепи влияет сопротивление, в цепях электроприборов часто используются резисторы, чтобы влиять на величину тока, присутствующего в ее различных компонентах.Увеличивая или уменьшая величину сопротивления в конкретной ветви схемы, производитель может увеличивать или уменьшать величину тока в этой ветви . Кухонные приборы, такие как электрические миксеры и переключатели света, работают, изменяя ток в нагрузке, увеличивая или уменьшая сопротивление цепи. Нажатие различных кнопок на электрическом микшере может изменить режим с микширования на взбивание, уменьшив сопротивление и позволив большему току присутствовать в миксере.Точно так же поворот ручки регулятора яркости может увеличить сопротивление его встроенного резистора и, таким образом, уменьшить ток.
На схеме ниже изображена пара цепей, содержащих источник напряжения (аккумуляторная батарея), резистор (лампочка) и амперметр (для измерения тока). В какой цепи у лампочки наибольшее сопротивление? Нажмите кнопку «Посмотреть ответ», чтобы убедиться, что вы правы.
Уравнение закона Ома часто исследуется в физических лабораториях с использованием резистора, аккумуляторной батареи, амперметра и вольтметра.Амперметр — это устройство, используемое для измерения силы тока в заданном месте. Вольтметр — это устройство, оснащенное датчиками, которых можно прикоснуться к двум точкам цепи, чтобы определить разность электрических потенциалов в этих местах. Изменяя количество ячеек в аккумуляторной батарее, можно изменять разность электрических потенциалов во внешней цепи. Вольтметр может использоваться для определения этой разности потенциалов, а амперметр может использоваться для определения тока, связанного с этим ΔV.К батарейному блоку можно добавить батарею, и процесс можно повторить несколько раз, чтобы получить набор данных I-ΔV. График зависимости I от ΔV даст линию с крутизной, эквивалентной обратной величине сопротивления резистора. Это значение можно сравнить с заявленным производителем значением, чтобы определить точность лабораторных данных и справедливость уравнения закона Ома.
Величины, символы, уравнения и единицы!Тенденция уделять внимание единицам измерения — неотъемлемая черта любого хорошего студента-физика.Многие трудности, связанные с решением проблем, могут быть связаны с тем, что не уделили внимание подразделениям. Поскольку все больше и больше электрических величин и их соответствующие метрические единицы вводятся в этом разделе учебного пособия «Физический класс», становится все более важным организовать информацию в своей голове. В таблице ниже перечислены некоторые из введенных на данный момент количеств. Для каждой величины также указаны символ, уравнение и соответствующие метрические единицы.Было бы разумно часто обращаться к этому списку или даже делать свою копию и добавлять к ней по мере развития модуля. Некоторые студенты считают полезным составить пятый столбец, в котором приводится определение каждой величины.
Кол-во | Символ | Уравнение (а) | Стандартная метрическая единица | Другие единицы |
Разность потенциалов (г.к.а. напряжение) | ΔV | ΔV = ΔPE / Q ΔV = I • R | Вольт (В) | J / C |
Текущий | я | I = Q / т I = ΔV / R | Амперы (А) | Усилитель или Кл / с или В / Ом |
Мощность | п | P = ΔPE / т (еще впереди) | Ватт (Вт) | Дж / с |
Сопротивление | р | R = ρ • L / A R = ΔV / I | Ом (Ом) | В / А |
Энергия | E или ΔPE | ΔPE = ΔV • Q ΔPE = P • t | Джоуль (Дж) | V • C или Вт • с |
(Обратите внимание, что символ C представляет собой кулоны.)
В следующем разделе Урока 3 мы еще раз рассмотрим количественную мощность. Новое уравнение мощности будет введено путем объединения двух (или более) уравнений в приведенной выше таблице.
Мы хотели бы предложить … Зачем просто читать об этом и когда можно с этим взаимодействовать? Взаимодействие — это именно то, что вы делаете, когда используете одну из интерактивных функций The Physics Classroom.Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего интерактивного средства построения цепей постоянного тока. Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Построитель цепей постоянного тока предоставляет учащемуся набор для построения виртуальных цепей. Легко перетащите источник напряжения, резисторы и провода на рабочее место. Соедините их, и у вас будет схема. Добавьте амперметр для измерения тока и используйте датчики напряжения для определения падения напряжения. Это так просто. И не нужно беспокоиться о поражении электрическим током (если, конечно, вы не читаете это в ванной).
1. Что из перечисленного ниже приведет к уменьшению тока в электрической цепи? Выберите все, что подходит.
а. уменьшить напряжение
г. уменьшить сопротивление
г. увеличить напряжение
г.увеличить сопротивление
2. Определенная электрическая цепь содержит батарею из трех элементов, провода и лампочку. Что из перечисленного может привести к тому, что лампа будет светить менее ярко? Выберите все, что подходит.
а. увеличить напряжение АКБ (добавить еще одну ячейку)
г. уменьшить напряжение аккумулятора (удалить элемент)
г.уменьшить сопротивление цепи
г. увеличить сопротивление цепи
3. Вероятно, вас предупредили, чтобы вы не прикасались к электроприборам или даже к электрическим розеткам мокрыми руками. Такой контакт более опасен, когда ваши руки мокрые (а не сухие), потому что мокрые руки вызывают ____.
а.напряжение цепи должно быть выше
г. напряжение цепи должно быть ниже
г. ваше сопротивление будет выше
г. ваше сопротивление должно быть ниже
e. ток через тебя будет ниже
4. Если бы сопротивление цепи было утроено, то ток в цепи был бы ____.
а. треть от
г. втрое больше
г. без изменений
г. … бред какой то! Сделать такой прогноз невозможно.
5. Если напряжение в цепи увеличить в четыре раза, то ток в цепи будет ____.
а.четверть от
г. в четыре раза больше
г. без изменений
г. … бред какой то! Сделать такой прогноз невозможно.
6. Схема соединена с блоком питания, резистором и амперметром (для измерения тока). Амперметр показывает значение тока 24 мА (миллиампер). Определите новый ток, если напряжение источника питания было…
а. … увеличилось в 2 раза, а сопротивление осталось постоянным.
г. … увеличился в 3 раза, а сопротивление осталось постоянным.
г. … уменьшилось в 2 раза, а сопротивление осталось постоянным.
г. … оставалось постоянным, а сопротивление увеличивалось в 2 раза.
e. … оставалось постоянным, а сопротивление увеличивалось в 4 раза.
ф…. оставалось постоянным, а сопротивление уменьшалось в 2 раза.
г. … увеличилось в 2 раза, а сопротивление увеличилось в 2 раза.
ч. … увеличилось в 3 раза, а сопротивление уменьшилось в 2 раза.
и. … уменьшилось в 2 раза, а сопротивление увеличилось в 2 раза.
7.Используйте уравнение закона Ома, чтобы дать числовые ответы на следующие вопросы:
а. Электрическое устройство с сопротивлением 3,0 Ом позволит протекать через него току 4,0 А, если на устройстве наблюдается падение напряжения ________ Вольт.
г. Когда на электрический нагреватель подается напряжение 120 В, через нагреватель будет протекать ток 10,0 А, если сопротивление составляет ________ Ом.
г. Фонарик с питанием от 3 вольт и лампочкой с сопротивлением 60 Ом будет иметь ток ________ ампер.
8. Используйте уравнение закона Ома для определения недостающих значений в следующих схемах.
9. См. Вопрос 8 выше. В схемах схем A и B какой метод использовался для контроля тока в схемах? А в схемах схем C и D какой метод использовался для контроля тока в схемах?
2.2.4 Закон Ома и почему мы заботимся о сопротивлении
2.2.4 Закон Ома и почему мы заботимся о сопротивлении
Устройство, известное нам как тостер, на удивление простое. Он состоит в основном из провода, по которому пропускается ток. Проволока нагревается, поджаривая хлеб. Это оно!
а почему нагревается провод? Ответ в том, что провод имеет некоторое сопротивление. Когда ток проходит через материал с некоторым сопротивлением, материал нагревается. Это тепло в первую очередь является рассеянием некоторой части электроэнергии, проходящей через материал.Это рассеяние мощности в виде тепла называется «потерями» в электросети.
Сопротивление материала, через который проходит ток, помогает определить потери, но это не единственный фактор. Напряжение, при котором энергия проходит через материал, также имеет значение, как и величина тока.
Это соотношение четко резюмируется в законе Ома, который гласит, что напряжение равно произведению тока и сопротивления, или V = I × R.Закон Ома используется для определения величины напряжения, необходимого для перемещения заданного количества тока (I) через некоторый материал с заданным сопротивлением (R).
Между тем, вспомните наше определение мощности: P = I × V. По сути, это количество мощности, передаваемой в цепи, подобной той, что была в нашем последнем упражнении.
Мы можем включить закон Ома в наше определение мощности, чтобы получить:
P = I × V = I × (I × R) = I2 × R
Это уравнение описывает количество мощности, рассеиваемой в цепи.Он также описывает количество потерь. Таким образом, закон Ома говорит нам, что потери будут увеличиваться пропорционально квадрату тока. Таким образом, если мы сохраним постоянное напряжение и удвоим ток, потери увеличатся в четыре раза.
Чтобы понять важность этого, предположим, что мы пропускаем 1000 ампер тока через цепь с падением напряжения 100 В. Итак, у нас есть мощность 100 кВт. Потери в цепи будут пропорциональны I2 × R, или 10002 × R в этом случае.
Но, если бы нам нужно было 100 кВт мощности, мы могли бы сделать это по-другому, пропустив через цепь 100 А при напряжении 1000 В.Сопротивление в цепи не изменится, но потери в цепи теперь будут пропорциональны 100 2 × R.
Таким образом, увеличивая напряжение (и уменьшая ток) в 10 раз, мы уменьшили наши потери в 100 раз. Это объясняет причину, по которой у нас есть сеть переменного тока вместо сети постоянного тока. Помните, что в технологии питания постоянного тока Эдисона напряжение в источнике должно быть близко к напряжению в точке потребления.Но с помощью технологии переменного тока, разработанной Tesla и Westinghouse, мощность могла генерироваться и передаваться при очень высоких напряжениях, а затем снижаться до более низких напряжений в точке потребления. Это имело два больших преимущества: во-первых, можно было существенно снизить потери при передаче, а во-вторых, для домов и предприятий было намного безопаснее использовать электроэнергию низкого напряжения, а не высокого напряжения.
Как применять закон Ома — Jade Learning
Как применять закон Ома
Автор: Вес Губиц | 07 августа 2019 г.
Электроэнергия работает в предсказуемых пределах.Мы пришли к выводу, что эти границы являются законом Ома. Закон Ома был разработан как средство объяснения того, как электричество работает в замкнутой цепи. Формула закона Ома помогает установить взаимосвязь между различными свойствами в электрической цепи. Мы можем использовать закон Ома, чтобы объяснить, что произошло, а также что произойдет, когда на электрическую цепь накладываются определенные условия.
Основные характеристики электрической схемы: Напряжение, ток и сопротивление .Они специфичны, определены и не меняются — при условии, что все свойства остаются постоянными. Однако измените значение только одного из этих свойств, и все свойства изменят значение соответствующим образом.
Закон Ома — самая основная из электрических формул, он был разработан простым наблюдением за свойствами электричества в электрической цепи. Электричество ведет себя иначе из-за ограничений, налагаемых формулой закона Ома; формула просто представляет наши наблюдения за поведением, уже происходящим в электрической цепи.
Хотя закон Ома — всего лишь вводная ступенька на лестнице электротехники, для понимания того, как закон Ома в виде формулы применяется к простой цепи, необходимо базовое понимание электрической цепи. Простая схема состоит из источника питания, нагрузки, проводов, устройства максимального тока и устройства управления. Ток будет течь в этой простой цепи, если имеется достаточное напряжение, чтобы преодолеть любое сопротивление цепи.
Напряжение считается давлением в электрической цепи; это уместно называется электродвижущей силой.Это давление или «сила» вызывается разными электрическими полюсами, которые хотят уравновесить себя. Толчок и притяжение, наложенные на электроны в проводнике, подключенном к этим разным полюсам, заставят электроны двигаться, если для них существует полный путь. Единственное, что может остановить движение электронов, — это приложенное сопротивление сверх того напряжения, которое заставляет их двигаться, или разрыв цепи, который нарушает поток этих электронов. Требуется один вольт (В) этой электродвижущей силы, чтобы протолкнуть один ампер (А) тока через один ом (Ом) сопротивления — это закон Ома.Напряжение (E или V) равно току (I), умноженному на сопротивление (R). Или, другими словами, E (или V) = IR.
Обозначения
- Вольт (E или V) = электродвижущая сила, опять же, это давление, которое заставляет электроны перемещаться по проводнику (и через нагрузку) в замкнутой цепи.
- Ток (I) = интенсивность, представляет ток, протекающий в цепи. Помните, что «интенсивность» тока в цепи измеряется в амперах.
- Сопротивление (R) = Ом, сопротивление току.Сопротивление может быть преднамеренным или случайным, но в любом случае оно является противодействием свободному току в цепи и отображается на вашем электрическом счетчике в виде Ом. Нулевое сопротивление или близкое к нему означает буквально отсутствие сопротивления току. Медь имеет очень низкое значение сопротивления на фут и является высококачественным материалом для создания эффективных проводников.
Давайте посмотрим на символы закона Ома внутри треугольника закона Ома.
Помните, что вольт (E или V) равняется току (I), умноженному на сопротивление (R)
Использование треугольника закона Ома в качестве наглядного пособия при запоминании трех уравнений закона Ома — не редкость.
Чтобы найти пропущенное значение в реальном уравнении закона Ома, просто закройте букву, представляющую пропущенное значение в треугольнике, и используйте оставшиеся два значения для вычисления этого пропущенного значения.
Например: если вы знаете, что лампа на 120 В (Е или В) измеряет при использовании ток 0,625 А (I), какое сопротивление оказывает лампа?
120 В (E), деленное на 0,625 А (I), равняется 192 Ом (R) сопротивления.
Что делать, если вы знаете измеряемые амперы (I) протекающего тока и сопротивление (R) нити лампы? Можете ли вы затем рассчитать напряжение, подаваемое на эту лампу? Посмотрите на треугольник закона Ома ниже, чтобы определить свой ответ.
Ток (I), умноженный на сопротивление (R), равен напряжению, приложенному к лампе.
Правило треугольника закона Ома
Помните, глядя на треугольник закона Ома, если числа стоят бок о бок, вы умножаете, если числа расположены одно над другим, вы делите.
Заключение
Закон Ома и многие другие электрические формулы предоставляют нам средства, с помощью которых мы можем понять самые основные принципы протекания электричества и тока.Эти многочисленные формулы позволяют нам заглянуть в прошлое, а также в будущее электрических приложений. Можно сказать, что эти формулы дают нам своего рода поводок, если не контролировать это явление, то, возможно, хотя бы держаться!
Что такое закон ОМ? | ДЕСКО
На этом этапе нашей серии блогов, посвященной осведомленности об электростатическом разряде, мы должны рассмотреть некоторые основы физики:
Закон Ома является чрезвычайно полезным уравнением в области электротехники и электроники, поскольку он описывает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением.
Ома гласит, что в электрической цепи ток, проходящий через проводник между двумя точками, прямо пропорционален разности потенциалов (то есть падению напряжения или напряжению) в двух точках и обратно пропорционален сопротивлению между ними.
Сопротивление определяет, сколько тока будет проходить через компонент. Очень высокое сопротивление позволяет протекать небольшому количеству тока
. Очень низкое сопротивление позволяет протекать большому току.Сопротивление измеряется в Ом.
Чтобы лучше понять эти термины, можно использовать аналогию с водяным шлангом. Напряжение равно давлению воды, сила тока равна скорости потока, а сопротивление равно размеру шланга. Например, вы можете распылить воду дальше, увеличив давление воды и, следовательно, скорость потока воды. Между давлением, расходом и диаметром шланга существует прямая зависимость.
Аналогичным образом напряжение, ток и сопротивление связаны друг с другом по электротехнической формуле закона Ома.
Сопротивление заземления (Rtg) — это измерение, которое указывает на способность объекта проводить электрический заряд (ток) по присоединенному заземлению. Для защиты от электростатических разрядов устройства с Rtg менее 1,0 x 10 6 называются проводниками (пена, напольные коврики) и должны быть заземлены. Устройства защиты от электростатических разрядов с Rtg от 1,0 x 10 6 до <1,0 x 10 9 представляют собой проводники особого класса, называемые рассеивающими (коврики на рабочей поверхности, перчатки, халаты), и также должны быть заземлены.Диапазон рассеивания проводников особенно важен для защиты от электростатического разряда, поскольку он «замедляет» возникновение статического разряда. Устройства с Rtg 1,0 x 10 11 или выше известны как изоляторы. Изоляторы нельзя заземлять, их необходимо удалить из зоны защиты от электростатического разряда или нейтрализовать ионизацией.
Измерение может отображаться по-разному. Чаще всего:
- 1 кОм
- 1 кОм
- 1 x 10 3 Ом
- 10 ^ 3 Ом
Для получения дополнительной информации о продуктах ESD Control и ESD Control посетите Desco.com
Это четвертый из серии блогов, посвященных основам ОУР. Обязательно подпишитесь на наш блог, чтобы следить за этой серией.
Нравится:
Нравится Загрузка …
Видеоурок: Закон Ома | Нагва
Стенограмма видеозаписи
В этом видео мы собираемся говоря о законе Ома. Этот закон был разработан немецким физик Джордж Ом в 1800-х годах.Как мы увидим, этот закон должен с электрическими цепями. И, в частности, соединяет ток, напряжение и сопротивление в этих цепях.
Во времена Ома эти концепции напряжение, ток и сопротивление в цепях были известны. Но им было не очень хорошо понял. Итак, Ом разработал эксперимент, чтобы лучше понять их. Он установил простой электрический цепь, включающая источник напряжения, в те времена называлась гальванической батареей.А потом он собрал набор проводников разной длины, толщины и даже из материала типы.
Использование одного из проводов для замкнув цепь, Ом приложил бы определенную разность потенциалов к схема. А потом установка гальванометра в этой схеме для измерения тока он считывал ток, который протекал через цепь в результате того, что этот конкретный проводник находится в ней под этим разность потенциалов.
После сбора данных, Ом изменит разность потенциалов в этой цепи, изменив высоту гальванической батареи и еще раз считайте ток, протекающий через эту цепь как результат. Затем, когда он закончил делать целую серию измерений для данного проводника, он переходил к другому из коллекции и сделайте то же самое, пробегите ряд потенциальных различия в цепи и записать ток, который будет течь через нее каждый раз.
После этого со всеми проводников, Ом собрал довольно много соответствующих данных по напряжению и току точки. Ом увидел, что эти точки могут быть нанесен на график. В своем эксперименте независимый переменной было напряжение, приложенное к цепи. Зависимая переменная была ток, который в результате будет протекать по цепи.
Ом обнаружил, что когда чертил все эти точки данных, рассматривая каждого проводника отдельно, Ом обнаружил, что если бы он нарисовал линия наилучшего соответствия через точки данных от каждого отдельного проводника, что-то интересное выделилось.В каждом случае линия наилучшего соответствия действительно была линией с постоянным наклоном. И эта линия прошла через источник. Ома заметил, что это подразумевало особую взаимосвязь между током в этой цепи и напряжение на нем.
Эти прямые отношения для каждого проводника, который он тестировал, подразумевал, что ток в этой цепи был прямо пропорционально напряжению на нем.Это означает, что если бы мы удвоить напряжение в цепи для данного проводника, затем ток через этот проводник тоже удвоился бы. Мы можем увидеть это, если посмотрите на одну из этих линий, которая лучше всего подходит.
Выберем розовую линию для пристальный взгляд. Учитывая линейку наиболее подходящих для этого конкретного проводника, если мы переместим из начала координат две отметки вдоль горизонтальная ось, то это означает конкретное значение разности потенциалов по цепи.Мы не знаем, что это за ценность навскидку. Но мы знаем, что если проследим это до линии, наиболее подходящей для розового проводника, тогда он соответствует току через этот проводник две отметки вверх по вертикальной оси. Итак, две отметки на ось напряжения, сколько бы вольт она ни была, соответствует двум отметкам на шкале текущая ось, независимо от текущего значения.
А теперь допустим, что мы удвоим напряжение, приложенное к этому конкретному проводнику.Выходим четыре галочки. Если мы затем проследим от этой точки пока мы не дойдем до розовой линии наилучшего соответствия, а затем проследим до соответствующего current, мы видим, что теперь это четыре метки вверх по оси от начала координат. Другими словами, мы удвоили напряжение, приложенное к этому проводнику. И в результате мы удвоил ток через него. Вот что значит текущий прямо пропорциональна напряжению.
А на самом деле мы можем взять это отношения — 𝐼 прямо пропорционально 𝑉 — и мы можем записать это по-другому способ. Математически эквивалентный способ напишите это, чтобы сказать, что 𝐼 равно некоторой константе — мы назовем это 𝐶 — умноженное на напряжение. А здесь эта константа 𝐶 равна называется константой пропорциональности.
Итак, мы сказали, что закон Ома связывает эти понятия напряжения, тока и сопротивления в электрическом схема.Ом видел, что для каждого из проводников, которые он тестировал, при условии, что линия наилучшим образом проходит через точки данных из этот проводник действительно образовывал линию, значит, эта постоянная пропорциональность была равна единице по сопротивлению проводника. То есть наклон каждого из этих линий для отдельных проводников равняется единице по сопротивлению дирижер.
Важно понимать, что наклон, который мы могли бы обозначить, используя строчную букву 𝑚, подразумевает другое значение сопротивления для каждого конкретного проводника.Они не все одинаковые сопротивление. Но учитывая этот конкретный резистор значение для проводника, это сопротивление остается неизменным независимо от того, сколько ток пропускаем через проводник. Вот что увидел Ом. Так что это действительно секрет Закон Ома, что это сопротивление, записанное в этом уравнении, является постоянной величиной независимо от того, какое напряжение мы прикладываем к цепи и, следовательно, сколько ток проходит через него.
Теперь мы можем задаться вопросом, всегда ли это случай? То есть всегда правда, что, независимо от материала, из которого изготовлен наш резистор, при нанесении на график данных точек из этого материала на кривой 𝐼 против, мы получим прямую линию? Краткий ответ на это — нет. Не все материалы ведут себя как те, которые мы видим здесь. Чтобы увидеть, как это может выглядеть, давайте освободим немного места на нашем графике.
Представьте, что мы находим еще один проводник из другого материала и провести эксперимент по записи напряжение и ток на нем.И представьте себе, что когда мы Нанесите эти точки данных на график, и мы обнаружим такую взаимосвязь. И когда мы поместим это в линию лучше всего подходит, мы видим, что эта линия будет иметь изгиб. У него не будет постоянного наклона.
Напомним, что мы говорили, что наклон этой линии, которую мы видели ранее, золотой линии, равен единице над сопротивление этого проводника. И что критично, поскольку наклон эта линия везде одинакова, это означает, что сопротивление проводника равно везде тоже самое.Это константа. Такие материалы, которые имеют постоянное значение сопротивления независимо от того, какой ток проходит через них иметь определенное имя. Их называют омическими материалами.
Теперь интересно, в этом другом В данном случае наклон линии по-прежнему равен единице над сопротивлением. Но ясно, что для этой строки наклон не постоянный на всем протяжении. Он начинается довольно ровно, а затем увеличивается, пока не станет почти вертикальной линией вверху.Поскольку наклон меняется, это означает изменяется и сопротивление этого проводника. И это сопротивление зависит, следовательно, по току, проходящему через него.
Можно догадаться, что имя такой материал не омичен. То есть сопротивление материал не постоянный. Это зависит от текущего пробегает материал. Когда дело доходит до омического и неомического материалы. Если не указано иное, можно с уверенностью предположить, что материал омичен.Следовательно, следует Ома закон.
Говоря о законе Ома, мы можем прийти к наиболее знакомой форме этого закона, переписав это уравнение просто немного. Если мы умножим обе части уравнение их постоянным сопротивлением, 𝑅, то этот член сокращается на справа. И мы видим, что 𝑅 раз 𝐼 равно равно 𝑉, или, что то же самое, равно 𝐼 раз.
И прежде чем двигаться дальше, давайте сделаем одно небольшое примечание о единицах измерения в этом выражении.В знак признания всех его кропотливой работы, единица сопротивления носит имя Джорджа Ома. Это называется ом. И это представлено греческим символ Ω.
Итак, при наличии определенного резистора мы сказал бы, что его сопротивление составляет пять Ом, 10 Ом или 100 Ом, или в любом другом случае может быть. Мы знаем, что единица измерения тока ампер и что единицей измерения напряжения является вольт. Итак, все это показывает нам, что один ом равно вольт, деленному на ампер.Или ом равен вольт на ампер. Зная все это, давай немного практики с использованием закона Ома на нескольких примерах.
У ученика есть резистор неизвестного сопротивление. Она помещает резистор последовательно с источником переменной разности потенциалов. С помощью амперметра она измеряет ток через резистор при разных разностях потенциалов и графики ее результаты на графике, как показано на диаграмме.Какое сопротивление резистор?
Глядя на наш график, мы видим, что это график тока в амперах, протекающего через этот резистор, относительно напряжение в вольтах, проходящее через него. И на основании описания в постановку задачи, мы можем сделать небольшой набросок схемы, которая сгенерировала данные представлены здесь.
Допустим, это наш резистор неизвестного значения.Нам сказали, что этот резистор подключен к источнику с переменной разностью потенциалов, который также в этой цепи амперметр для измерения тока. Идея состоит в том, что мы используем это переменная подача разности потенциалов для подачи двух, четырех, шести и восьми вольт через этот резистор. А затем с помощью амперметра читаем соответствующие значения тока 0,4, 0,8, 1,2 и 1,6 ампер.
С этими значениями, нанесенными на графике, мы видим, что они соответствовали линии наилучшего соответствия, которая проходит непосредственно через все четыре точки, а также проходит через начало координат.Эта линия действительно является линией, имеет постоянный уклон. И именно этот уклон поможет ответим на этот вопрос, каково сопротивление нашего неизвестного резистора.
Чтобы увидеть, как это происходит, вспомним закон. Этот закон говорит нам, что для резистор постоянного значения, это сопротивление, умноженное на текущий текущий через резистор равно напряжению на нем. В нашем случае мы хотим переставить это уравнение решить относительно 𝑅.И мы видим, что это равно разность потенциалов, деленная на ток. Нам не даны явные значения для разность потенциалов или ток. Но мы можем получить их из данных нанесен на наш график.
Напомним, что эти точки данных основа для линии наилучшего соответствия, которая проходит через все они. Это означает, что для обеспечения напряжение и ток, которые нам нужно найти для сопротивления, 𝑅, мы можем выбрать из среди любой из четырех точек данных, представленных на этом графике.Фактически, мы могли выбирать из любого точки вдоль этой линии наилучшего соответствия, потому что так получилось, что она проходит идеально через все эти точки данных. Но чтобы упростить задачу, мы может также ограничить наш выбор этими четырьмя. Неважно, какой из четырех мы выбрали. Любой из них даст то же самое соотношение и, следовательно, тот же общий результат для сопротивления резистора.
И просто выбрать одну из точек тогда давайте выберем один на четыре вольта.Это напряжение соответствует ток, протекающий через резистор 0,8 ампера. Итак, чтобы решить проблему сопротивления резистора, мы разделим четыре вольта на 0,8 ампер. Когда мы это делаем, мы находим результат 5 Ом, где Ом — единица сопротивления. Основываясь на нашем графике и законе Ома, мы находим сопротивление резистора равным пяти Ом.
А теперь рассмотрим еще один пример. закона Ома.
Резистор 10 Ом в цепи имеет разность потенциалов на нем составляет пять вольт.Какой ток через резистор?
Мы видим, что в этой задаче мы хотите связать эти три вещи: сопротивление, разность потенциалов и Текущий. Мы можем вспомнить математический отношения, которые действительно связывают все три, называемые законом Ома. Этот закон говорит нам, что если у нас есть резистор, значение которого не меняется в зависимости от протекающего через него тока, тогда, если мы умножим это сопротивление на ток, протекающий через него, мы получим разность потенциалов на нем.В этом случае безопасно предположим, что наш резистор 10 Ом действительно имеет постоянное значение сопротивления, что 10 Ом не будет зависеть от тока, протекающего через резистор.
Следовательно, мы можем смело применять это соотношение, что разность потенциалов на этом конкретном резисторе равна току через него, умноженному на его сопротивление. Как написано, это уравнение решение для разности потенциалов.Но, конечно, мы не хотим найти разность потенциалов.
Хотим решить по току. Для этого мы можем переставить это уравнение, поэтому оно читается как 𝐼, равно 𝑉, деленному на 𝑅. И из нашей постановки задачи мы имеют значения 𝑉 и 𝑅, которые мы можем заменить. Мы работаем с 10-омным резистор. И напряжение на нем пять вольт. И когда мы рассчитываем это дробь, мы находим, что она равна 0.5 ампер. По закону Ома это ток, протекающий через этот резистор.
Давайте сейчас займемся Обобщите то, что мы узнали о законе Ома. На этом уроке мы увидели, что Закон Ома связывает ток, напряжение и сопротивление в электрических цепях. Когда это записано в виде уравнения, Закон Ома гласит, что для резистора с постоянным сопротивлением это значение резистора умноженный на текущий, он равен разности потенциалов через это.
Мы также видели, что в то время как очень многие компонентов в электрической цепи изготовлены из материалов, сопротивление которых, 𝑅, не зависит от протекающего через них тока, это не всегда дело. Если сопротивление материала не зависит от того, сколько или как мало тока проходит через него, тогда это материал называется омическим материалом. С другой стороны, если значение сопротивления материала зависит от того, сколько тока проходит это, то этот материал называется неомным.
И мы видели, что, в общем, если только нам говорят иначе, обычно можно с уверенностью предположить, что данный материал и данный резистор омический. То есть это следует закону Ома. И, наконец, мы увидели, что единица измерения Сопротивление названо в честь первооткрывателя этого закона. Это называется ом. Ом обозначается с помощью Греческая буква Ω.
И мы увидели, что с точки зрения других единиц, ом равен вольт на ампер.Благодаря этому мы узнали о Закон Ома, который является одним из самых полезных, когда мы работаем с электрическими схемы.
Пример законаОма с решениями для средней школы
Экспериментально обнаружено, что когда напряжение или разность потенциалов $ \ Delta V $ прикладывается к концам определенных проводников, ток через них пропорционален приложенному напряжению, равному $ I \ propto \ Delta V $.
Константа пропорциональности называется сопротивлением этого проводника.
Другими словами, сопротивление определяется как отношение напряжения на проводнике к току через него. \ [R \ Equiv \ frac {\ Delta V} {I} \] Это простое соотношение между разностью потенциалов и током известный как закон Ома .
Единицы измерения сопротивления в системе СИ — вольт на ампер , которые называются Ом ($ \ Omega $).
Проводник, который обеспечивает определенное сопротивление в электрической цепи, называется резистором .
Например, если резистор 10 Ом подключен к клеммам батареи с напряжением 240 В, то через него проходит ток $ \ frac {240} {10} = 24 \, {\ rm A} $.
Напротив, в электронике также есть проводники или материалы, которые выше простой линейной зависимости между напряжением и током не соблюдаются, такие как диоды, транзисторы или люминесцентные лампы.
В таких материалах существует нелинейная зависимость напряжения от тока. Эти проводники называются безомными материалами .
Ниже приведены некоторые простые вопросы и ответы о законе Ома с подробными объяснениями. Все задачи подходят старшекласснику.
Примеры закона Ома
Пример (1): Электронное устройство имеет сопротивление 20 Ом и ток 15 А. Какое напряжение на устройстве?
Решение : сопротивление, ток и напряжение связаны законом Ома как $ V = IR $. Таким образом, напряжение устройства получается как \ begin {align *} V & = IR \\ & = 15 \ times 20 \\ & = 300 \ quad {\ rm V} \ end {align *}
Пример (2): к резистору $ 6 \, {\ rm \ Omega} $ приложена разность потенциалов 3 В.Какой ток протекает через резистор?
Решение : Закон Ома гласит, что разность потенциалов на резисторе равна сопротивлению, умноженному на ток, поэтому мы получаем \ begin {align *} I & = \ frac VR \\ & = \ frac {3} {6} \\ & = 0.5 \ quad {\ rm A} \ end {align *}
Пример (3): Ток 0,2 А проходит через резистор $ 1,4 \, {\ rm k \ Omega} $. Какое напряжение на нем?
Решение : используя закон Ома, $ V = I R $, мы имеем \ begin {align *} V & = IR \\ & = (0.2 \, {\ rm A}) (1,4 \ times 1000 \, {\ rm \ Omega}) \\ & = 280 \ quad {\ rm V} \ end {align *}
Пример (4): В схеме, показанной ниже, какой ток показывает амперметр?
Решение : лампа представляет собой электронный компонент с высоким сопротивлением. На рисунке напряжение на нем такое же, как у батареи $ V = 20 \, {\ rm V} $. Проходящий через него ток связан с сопротивлением и падением напряжения согласно закону Ома \ begin {align *} I & = \ frac VR \\ & = \ frac {20} {8} \\ & = 1.25 \ quad {\ rm A} \ end {align *}
Пример (5): В цепи падение потенциала на резисторе 10 кОм составляет 100 В. Каков ток через резистор?
Решение : подставьте все известные значения в уравнение Ома, $ V = IR $. \ begin {align *} I & = \ frac VR \\ & = \ frac {100 \, {\ rm V}} {10000 \, {\ rm \ Omega}} \\ & = 0,01 \ quad {\ rm A} \ end {align *}
Пример (6): в следующих схемах найдите неизвестные.
Решение : В каждой из схем используйте закон Ома $ V = IR $ и решите неизвестное. В левой цепи ток через резистор запрашивается в миллиамперах. Таким образом, \ begin {align *} I & = \ frac VR \\ & = \ frac {120} {100} \\ & = 1. {- 3}} \\ & = 40 \ quad {\ rm \ Omega} \ end {align *}
Пример (7): Кривая напряжение-ток для омического проводника строится, как показано на рисунке ниже.Какое сопротивление резисторов 1 и 2?
Решение: Закон Ома говорит нам, что сопротивление — это наклон кривой зависимости напряжения от тока $ R = \ frac {\ Delta V} {I} $. Напомним, что наклон прямой $ m $ линии между двумя точками $ A (x_1, y_1) $ и $ B (x_2, y_2) $ определяется как \ [m = \ frac {\ Delta y} {\ Delta x} = \ frac {y_2-y_1} {x_2-x_1} \] Таким образом, наклон кривой напряжение — ток, который является сопротивлением, получается следующим образом:
Точки $ A (0,0) $ и $ B (2,20) $ находятся на линии (1): \ [R_1 = \ frac {20-0} {2-0} = 10 \ quad {\ rm \ Omega} \]
Точки $ A (0, 0) $ и $ B (4,10) $ находятся в строке (2): \ [R_2 = \ frac {10-0} {4-0} = 2.5 \ quad {\ rm \ Omega} \]
Пример (8): Поменяйте местами падение потенциала на проводнике и ток, проходящий через него в предыдущей задаче, чтобы получить вольт-амперную кривую. Теперь найдите сопротивление резисторов 1 и 2?
Решение: , если мы изменим закон Ома как $ I = \ frac {1} {R} \ Delta V $, мы увидим, что наклон кривой вольт-амперной характеристики в этом случае дает обратное значение сопротивления . Следовательно, как и в предыдущей задаче, наклон
линии (1) равен \ [\ frac {1} {R_1} = \ frac {20-0} {2-0} = 10 \], что дает $ R_1 = 0.1 \, {\ rm \ Omega} $, а наклон линии (2) равен \ [\ frac {1} {R_2} = \ frac {10-0} {4-0} = 2,5 \], что дает $ R_2 = 0,4 \, {\ rm \ Omega} $.
Пример (9): Студент проводит эксперимент и измеряет ток и напряжение на двух неизвестных резисторах. Затем она строит свое открытие в координатах ток-напряжение, как показано на рисунке. Что можно сказать о резисторах А и В?
Решение : омические материалы — это материалы, которые имеют постоянное сопротивление в широком диапазоне приложенных напряжений.Другими словами, в омическом проводнике отношение напряжения на нем к току через него, которое определяется как сопротивление, всегда является постоянным.
Таким образом, омические материалы имеют линейную зависимость тока от напряжения, и ее кривая проходит через начало координат. Напротив, материалы, имеющие сопротивление, которое изменяется при падении потенциала или токе, называются неомическими.
Кривая неомического материала не является линейной. Примерами неомных материалов, нарушающих закон Ома, являются диод и транзистор.
С этими пояснениями, поскольку кривая (A) линейна и проходит через начало координат, значит, это омический проводник, наклон которого дает обратное сопротивление сопротивлению. Как и в предыдущей задаче, его сопротивление рассчитывается как $ R_A = 5 \, {\ rm \ Omega} $.
Резистор (B) имеет нелинейную зависимость между напряжением на нем и током, поэтому это неомический проводник с переменным сопротивлением.
Закон Ома: практические проблемы с решением
Теперь мы хотим решить некоторые практические задачи, чтобы показать вам, как использовать закон Ома для решения проблем с электричеством.
Практическая задача (1): будильник потребляет ток 0,5 А при подключении к цепи 120 В. Найдите его сопротивление.
Решение : заданы ток $ I = 0,5 \, {\ rm A} $ и падение напряжения $ V = 120 \, {\ rm V} $. Решите закон Ома для неизвестного $ R $ как \ begin {align *} R & = \ frac VI \\ \\ & = \ frac {120} {0.5} \\ \\ & = 240 \ quad {\ rm \ Omega} \ конец {align *}
Практическая проблема (2): сабвуферу требуется домашнее напряжение 110 В, чтобы протолкнуть ток 5.5 А через катушку. Какое сопротивление сабвуфера?
Решение : Известны разность напряжений $ V = 110 \, {\ rm V} $ и ток $ I = 5.5 \, {\ rm A} $. Закон Ома связывает их следующим образом: \ begin {align *} R & = \ frac VI \\ \\ & = \ frac {110} {5.5} \\ \\ & = 20 \ quad {\ rm \ Omega} \ end {align *}
Проблема (3): Сколько тока потребляет цепь с резистором на 1000 Ом при питании от батареи с напряжением 1,5 В.
Решение : сопротивление $ R = 1000 \, {\ rm \ Omega} $ и напряжение $ V = 1.5 \, {\ rm V} $ известны, поэтому у нас есть \ begin {align *} I & = \ frac VR \\ \\ & = \ frac {1000} {1.5} \\ \\ & = 667 \ quad {\ rm \ Omega} \ end {align *}
Проблема (4): Электрический нагреватель имеет спиральный металлический провод, который потребляет ток 100 А. Сопротивление провода составляет 1,1 Ом. Рассчитайте напряжение, которое необходимо на нем установить.
Решение : Ток $ I = 100 \, {\ rm A} $ и сопротивление $ R = 1.1 \, {\ rm \ Omega} $ связаны как \ begin {align *} V & = IR \\ & = 100 \ раз 1.1 \\ & = 110 \ quad {\ rm V} \ end {align *}
Проблема (5): Максимальный ток, который проходит через лампочку с сопротивлением 5 Ом, составляет 10 А. Какое напряжение должно быть приложено к ее концам, прежде чем лампа сломается?
Решение : Максимальное напряжение можно найти с помощью закона Ома, как показано ниже \ begin {align *} V & = IR \\ & = 10 \ times 5 \\ & = 50 \ quad {\ rm V} \ end {align *} Если на схему приложить напряжение выше этого значения, лампа перегорит.
Проблема (6): В цепи мы заменяем предыдущую батарею на 1,5 В на новую 3-вольтовую. Что происходит с этой схемой?
Решение : Закон Ома говорит нам, что когда большее напряжение устанавливается в цепи, более высокий ток будет течь через резисторы в цепи, такие как электрические нагреватели, лампочки и т. Д.
Более высокий ток может вызвать повреждение или выход из строя бытовой техники. Например, лампочка с сопротивлением $ R = 1.5 \, {\ rm \ Omega} $ потребляет ток $ I = \ frac {1.5} {1.5} = 1 \, {\ rm A} $ с батареей на 1,5 В и током $ I = \ frac {3 } {1.5} = 2 \, {\ rm A} $ с заменой новым. В этих случаях лампочка, скорее всего, перегорит.
Проблема (7): В схеме удален резистор $ 10 \, {\ rm \ Omega} $ и заменен резистором $ 20 \, {\ rm \ Omega} $. Что происходит с током в цепи.
Решение : Поскольку ничего не сказано о падении напряжения в цепи, мы предполагаем, что оно постоянное, скажем, $ V = 120 \, {\ rm V} $.Следовательно, используя формулу закона Ома, $ I = \ frac VR $, ток $ I = \ frac {120} {10} = 12 \, {\ rm A} $ течет через $ 10 \, {\ rm \ Omega} $ резистор и $ I = \ frac {120} {20} = 6 \, {\ rm A} $ через резистор $ 20 \, {\ rm \ Omega} $.
Мы видим, что для того же напряжения удвоение сопротивлений приводит к уменьшению, точнее, к уменьшению вдвое токов.
Страница Создана: 12/6/2020
Последнее обновление: 19.01.2021
Автор: Али Немати