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

Здесь размещена информация по школьной физике:

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

и многое другое.

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

Учебники

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

Механика

Кинематика

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

Динамика

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

Законы сохранения

Закон сохранения импульса – Закон сохранения энергии

Статика

Статика твердых тел – Динамика твердых тел – Гидростатика – Гидродинамика

Механические колебания и волны

Механические колебания – Механические волны

Термодинамика и МКТ

МКТ

Основы МКТ – Газовые законы – МКТ идеального газа

Термодинамика

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

Электродинамика

Электростатика

Электрическое поле и его параметры – Электроемкость

Электрический ток

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

Магнетизм

Магнитное поле – Электромагнитная индукция

Электромагнитные колебания и волны

Электромагнитные колебания – Производство и передача электроэнергии – Электромагнитные волны

Оптика.

Геометрическая оптика

Прямолинейное распространение света. Отражение света – Преломление света – Линзы

Волновая оптика

Свет как электромагнитная волна – Интерференция света – Дифракция света

Фотометрия

Фотометрия

Квантовая оптика

Квантовая оптика

Излучение и спектры

Излучение и спектры

СТО

СТО

Атомная и ядерная

Атомная физика. Квантовая теория

Строение атома – Квантовая теория – Излучение атома

Ядерная физика

Атомное ядро – Радиоактивность – Ядерные реакции – Элементарные частицы

Общие темы

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

Новые страницы

Запрос не дал результатов.

Закон Ома для полной цепи и для участка цепи: формулы, описание и объяснение

Профессиональный электрик, специалист-электронщик не может обойти закон Ома в своей деятельности, решая любые задачи, связанные с наладкой, настройка, ремонт электронных и электрических схем.

Собственно, понимание этого закона нужно каждому. Потому что каждому в повседневной жизни приходится иметь дело с электричеством.

И хотя закон немецкого физика Ома предусмотрен курсом средней школы, на практике его не всегда своевременно изучают. Поэтому мы рассмотрим в нашем материале такую ​​актуальную для жизни тему и разберемся с вариантами написания формулы.

Содержание статьи:

• Отдельный участок и полная электрическая цепь
  • Расчет действующего участка электрической цепи
  • Вариант расчета для полной цепи
  • Рассмотрение закона на переменную
Серия
• и параллельное соединение элементов
  • Резисторная схема
  • Цепь из параллельно соединенных резистивных элементов
  • Интегральная и дифференциальная формы закона
• Выводы и полезное видео по теме

Отдельный участок и полная электрическая цепь

Рассматривая электрическую цепь с точки зрения применения к цепи закона Ома, следует отметить два возможных варианта расчета: для одиночного участка и для полноценной схемы.

Расчет токового участка электрической цепи

Участком цепи, как правило, считается часть цепи, за исключением источника ЭДС, имеющая добавочное внутреннее сопротивление.

Следовательно, формула расчета в данном случае выглядит просто:

I = U/R ,

Где соответственно:

• I — сила тока;
• У — приложенное напряжение;
• R — сопротивление.

Толкование формулы простое — ток, протекающий по определенному участку цепи, пропорционален приложенному к нему напряжению, а сопротивление обратно пропорционально.

Так называемая графическая «ромашка», посредством которой представлена ​​вся совокупность вариаций формулировок, основанных на законе Ома. Удобный инструмент для карманного хранения: сектор «П» — силовые формулы; сектор «U» — формулы напряжения; сектор «I» — текущие формулы; сектор «R» — формулы сопротивлений

Таким образом, формула наглядно описывает зависимость тока, протекающего через отдельный участок электрической цепи, относительно определенных значений напряжения и сопротивления.

Формулой удобно пользоваться, например, рассчитывая параметры сопротивления, которое необходимо впаять в схему, если указано напряжение с током.

Закон Ома и два следствия, которые должен иметь каждый профессиональный электрик, инженер-электрик, инженер-электронщик и все, кто связан с работой электрических цепей. Слева направо: 1 — обнаружение тока; 2 — определение сопротивления; 3 — определение напряжения, где I — сила тока, U — напряжение, R — сопротивление

Приведенный выше рисунок поможет определить, например, ток, протекающий через сопротивление 10 Ом, к которому приложено напряжение 12 вольт. Подставив значения, находим — I = 12/10 = 1,2 ампера.

Аналогично решаются задачи нахождения сопротивления (когда известны ток с напряжением) или напряжения (когда известны напряжение с током).

Таким образом, всегда можно подобрать необходимое рабочее напряжение, необходимую силу тока и оптимальный резистивный элемент.

Формула, которую предлагается использовать, не требует учета параметров источника напряжения. Однако схема, содержащая, например, батарею, будет рассчитываться по другой формуле. На схеме: А — включение амперметра; V — включение вольтметра.

Кстати, соединительные провода любой цепи резистивные. Величина нагрузки, которую они должны нести, определяется напряжением.

Соответственно опять же используя закон Ома появляется возможность точно подобрать необходимое сечение проводника в зависимости от материала жилы.

У нас на сайте есть подробная инструкция по мощности и току.

Вариант расчета для полной цепи

Полная цепь — это уже сайт(ы), а также источник ЭМП. То есть фактически к существующей резистивной составляющей участка цепи добавляется внутреннее сопротивление источника ЭДС.

Поэтому логично некоторое изменение приведенной выше формулы:

I = U / (R + r)

Конечно, значение внутреннего сопротивления ЭДС по закону Ома для полной электрической цепи может быть считается пренебрежимо малым, хотя во многом эта величина сопротивления зависит от структуры источника ЭДС.

Однако при расчете сложных электронных схем, электрических цепей с множеством проводников наличие добавочного сопротивления является важным фактором.

При расчетах в полноценной электрической цепи всегда учитывается резистивная величина источника ЭДС. Это значение добавляется к сопротивлению самой электрической цепи. На схеме: I — текущий поток; R — внешний резистивный элемент; r — коэффициент сопротивления ЭДС (источника энергии)

Как для участка цепи, так и для всей цепи следует учитывать естественный момент — применение постоянного или переменного тока.

Если рассматривать отмеченные выше моменты, характерные для закона Ома, с точки зрения использования постоянного тока, то соответственно с переменным током все выглядит несколько иначе.

Рассмотрение закона переменной

Понятие «сопротивление» условиям прохождения переменного тока следует рассматривать скорее как понятие «импеданс». Это комбинация активной резистивной нагрузки (Ra) и нагрузки, образованной реактивным резистором (Rr).

Такие явления обусловлены параметрами индуктивных элементов и законами переключения применительно к переменной величине напряжения — синусоидальной величине тока.

Это, по-видимому, схема замещения электрической цепи переменного тока для расчета с использованием формулировок, основанных на принципах закона Ома: R — резистивная составляющая; C — емкостная составляющая; L — индуктивная составляющая; ЭМП является источником энергии; I-текущий поток

Другими словами, имеет место эффект опережения (отставания) значений тока от значений напряжения, что сопровождается появлением активной (резистивной) и реактивной (индуктивной или емкостной) емкостей.

Расчет таких явлений проводят по формуле:

Z = U / I или Z = R + J * (X _L — X _C )

Где: 900 45 З — импеданс; Р — активная нагрузка; Х _Д , X _C — индуктивная и емкостная нагрузка; Дж — коэффициент.

Последовательное и параллельное соединение элементов

Для элементов электрической цепи (участка цепи) характерным моментом является последовательное или параллельное соединение.

Соответственно каждому типу соединения сопутствует различный характер протекания тока и подачи напряжения. В связи с этим по-разному действует и закон Ома, в зависимости от варианта включения элементов.

Цепь резистора

По отношению к последовательному соединению (участок цепи с двумя компонентами) используется следующая формула:

• I = i ₁ = I ₂ ;
• У = У ₁ + У ₂ ;
• R = R ₁ + R ₂

Эта формулировка наглядно демонстрирует, что независимо от числа резистивных элементов, соединенных последовательно, ток в цепи не меняется.

Соединение резистивных элементов на участке цепи последовательно друг с другом. Для этого варианта действует свой закон расчета. На схеме: I, I1, I2 — протекание тока; R1, R2 — резистивные элементы; U, U1, U2 — приложенное напряжение

Величина напряжения, приложенного к активным резистивным элементам цепи, представляет собой сумму полного значения ЭДС источника.

Напряжение на каждом отдельном компоненте равно: Ux = I * Rx .

Общее сопротивление следует рассматривать как сумму номиналов всех резистивных компонентов цепи.

Цепь из параллельно соединенных резистивных элементов

В случае, когда имеется параллельное соединение резистивных элементов, справедливой по отношению к закону немецкого физика Ома считается следующая формула:

• I = i ₁ + I ₂ … ;
• U = U ₁ = U ₂ … ;
• 1/R = 1/R ₁ + 1/R ₂ + …

Не исключены варианты составления участков схемы «смешанного» типа при использовании параллельного и последовательного соединения.

Соединение резистивных элементов в цепи параллельно друг другу. Для этого варианта действует свой закон расчета. На схеме: I, I1, I2 — протекание тока; R1, R2 — резистивные элементы; U — суммарное напряжение; А, В — точки входа/выхода

Для таких вариантов расчет обычно проводится путем первоначального расчета резистивного номинала параллельного соединения. Затем к результату добавляется номинал резистора, соединенного последовательно.

Интегральные и дифференциальные формы права

Все вышеперечисленные пункты с расчетами применимы к условиям, когда в электрических цепях используются проводники «однородной» структуры.

Между тем на практике часто приходится иметь дело с построением схемы, где структура проводников меняется на разных участках. Например, используются провода большего сечения или, наоборот, меньшего, изготовленные на основе разных материалов.

Для учета таких различий существует разновидность так называемого «дифференциально-интегрального закона Ома». Для бесконечно малого проводника рассчитывается уровень плотности тока в зависимости от силы и проводимости.

При дифференциальном расчете принимается формула: J = ό * E

Для интегрального расчета соответственно формулировка: I * R = φ1 — φ2 + έ

Однако эти примеры более близки к школе высшей математики и на практике простой электрик фактически не используется.

Выводы и полезное видео по теме

Подробный разбор закона Ома в видео ниже поможет окончательно закрепить знания в этом направлении.

Своеобразный видеоурок качественно подкрепляет теоретическое письменное изложение:

Работа электрика или деятельность электронщика неразрывно связана с моментами, когда действительно приходится соблюдать закон Георга Ома в действии. Это общие истины, которые должен знать каждый профессионал.

Обширных знаний в этом вопросе не требуется — достаточно выучить три основных варианта формулировок, чтобы успешно применять их на практике.

Хотите дополнить вышеизложенный материал ценными комментариями или высказать свое мнение? Пожалуйста, пишите комментарии в блоке под статьей. Если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь задавать их нашим специалистам.

Нарушение закона Ома и анализ цепей | Блог Advanced PCB Design

Несмотря на то, что эксперименты с использованием закона Ома являются фундаментальной частью обучения любого инженера-электрика, закон Ома имеет свои ограничения. На высокой частоте в полупроводниковых устройствах и в некоторых схемах с обратной связью схема фактически будет демонстрировать нелинейный отклик на возбуждающее напряжение. Это иллюстрирует несостоятельность закона Ома, поскольку он больше не описывает правильно ток, индуцируемый в цепи. В результате использование SPICE-моделирования для схем с нелинейными элементами усложняется и требует специальных методов.

Нарушение закона Ома и основы анализа цепей

Любой, кто прошел базовый курс физики или электроники, знает о законе Ома. Этот простой эмпирический закон связывает проводимость материала с плотностью тока, хотя инженеры обычно рассматривают его с точки зрения напряжения и тока, используя уравнение V = IR. Этот фундаментальный закон анализа цепей определяет линейную зависимость между напряжением и током в цепи. Хотя это обычно обсуждается с точки зрения цепей постоянного тока, это также относится к цепям переменного тока. При этом используется эквивалентное уравнение V = IZ, где Z — импеданс рассматриваемого элемента схемы. Обратите внимание, что импеданс является функцией частоты сигнала переменного тока, который распространяется в цепи, но это не меняет линейности зависимости между напряжением и током.

Поскольку закон Ома определяет линейную зависимость между напряжениями, он не работает в любом устройстве с непостоянной крутизной. Это означает, что ток в рассматриваемом элементе схемы больше не прямо пропорционален напряжению, используемому для управления элементом схемы. Вместо того, чтобы график зависимости напряжения от силы тока представлял собой прямую линию, график показывает кривую зависимость. Элементы, демонстрирующие такое поведение, называются элементами нелинейной схемы.

Более общее описание поведения любой цепи — использование законов Кирхгофа. Этим законам все равно, является ли связь между током и напряжением линейной или нелинейной. Они касаются только напряжения вокруг петли в цепи (закон напряжения Кирхгофа) или распределения тока в узле цепи (закон тока Кирхгофа). Оба утверждения связаны с фундаментальными законами сохранения в физике. В случае нелинейных элементов схемы ток в данном элементе цепи является функцией падения напряжения на элементе. Это усложняет расчет поведения нелинейной цепи, но такой метод, как анализ малых сигналов, идеально подходит для моделирования поведения схемы при определенном значении падения напряжения.

Здесь важно различать цепи переменного тока. Тот факт, что ток в цепи переменного тока (или ток через конкретный элемент цепи) является нелинейной функцией частоты, не требует, чтобы ток также был нелинейной функцией напряжения. Рассмотрим конденсатор в цепи переменного тока; импеданс зависит только от частоты, но не от напряжения, поэтому конденсатор по-прежнему имеет линейную зависимость напряжения от тока, и закон Ома остается в силе.

Схема триггера Шмитта является одним из примеров, иллюстрирующих нарушение закона Ома

Нелинейность и нарушение закона Ома

Как бы нам ни хотелось думать, что некоторые природные явления линейны, это просто не правда в реальности. Каждая линейная система имеет свои пределы; в электронике нелинейные эффекты берут верх и ограничивают реакцию элемента схемы, когда напряжение на элементе схемы становится очень большим. Несмотря на то, что резисторы определены как чисто линейные элементы, реальные резисторы будут демонстрировать нелинейность при высокой частоте и высоком напряжении.

Что касается высокого падения напряжения на резисторе, то так получилось, что номинальная мощность большинства резисторов такова, что резистор сгорит до того, как вы сможете надежно наблюдать нелинейный ток, когда на резистор подается постоянное напряжение. В цепи переменного тока или в цепи, управляемой потоком цифровых импульсов, шероховатость резистивной пленки внутри резистора и в местах его пайки может привести к интермодуляционным продуктам, которые искажают форму сигнала и генерируют боковые полосы из-за нелинейного смешения частот на очень высоких частотах. высокие частоты возбуждения (в аналоговых схемах) и с высокими скоростями переключения и скоростью передачи данных (в цифровых схемах).

Диод, вероятно, самый популярный пример элемента нелинейной схемы. Выходной ток диода является простой экспоненциальной функцией входного напряжения. Другие элементы схемы, демонстрирующие нелинейный отклик, включают электронные лампы, транзисторы, ферритовые трансформаторы и катушки индуктивности, работающие за пределами насыщения, а также усилители, работающие на высоких уровнях сигнала.

Нелинейная зависимость между выходным током диода и падением напряжения на диоде, иллюстрирующая нарушение закона Ома

Анализ нелинейных элементов и цепей

Правильный способ рассмотрения поведения нелинейного устройства в цепи — использовать анализ малых сигналов. Это относится к анализу постоянного и переменного тока нелинейных устройств. Этот метод основан на линеаризации, когда ток в нелинейном элементе цепи аппроксимируется как линейная функция падения напряжения на этом элементе с использованием разложения в ряд Тейлора при определенном рабочем смещении. Это позволяет рассчитать крутизну (или трансимпеданс для частотно-зависимых элементов) для каждого элемента схемы при определенном уровне смещения.

Когда у вас есть эти значения крутизны/крутизны для каждого элемента в цепи, вы можете затем выполнить развертку постоянного или переменного тока для вашей цепи в определенных диапазонах напряжения и/или частоты с помощью симулятора на основе SPICE. Моделирование выведет результаты того же типа, что и для типичной линейной схемы.

Будьте осторожны с интерпретацией этих результатов; сдвиг смещения постоянного тока или амплитуды переменного тока слишком далеко от рабочего смещения приведет к менее точным результатам. Результаты анализа малых сигналов точны только в пределах определенного диапазона значений напряжения. Хороший способ оценить точность — сравнить линеаризованное напряжение и ток в конкретном элементе схемы с реальной нелинейной зависимостью между напряжением и током.

Всякий раз, когда вы сталкиваетесь с нарушением закона Ома во время анализа схемы, вам понадобится адаптируемая программа, такая как PSpice Designer от OrCAD, для анализа ваших проектов по мере их усложнения. Этот уникальный инструмент берет данные непосредственно из вашей схемы и дает вам полное представление о поведении ваших цепей.

Если вы хотите узнать больше о том, какое решение у Cadence есть для вас, обратитесь к нам и нашей команде экспертов.

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