Закон Ома: все, что вам нужно знать, объясняется просто

Если вы начинаете в мире электричества и электроники, вы наверняка слышали знаменитую тысячу раз Закон Ома. И не за меньшее, потому что это фундаментальный закон в этой сфере. Это совсем не сложно, и его обычно изучают вначале из-за того, насколько это важно, несмотря на это, есть еще некоторые новички, которые этого не знают.

В этом руководстве вы узнай все, что тебе нужно об этом законе Ома, от того, что это такое, до различных формул, которые вам нужно изучить, как его можно использовать в Практическое применение, так далее. И чтобы упростить задачу, я проведу гораздо более интуитивное сравнение между электрической системой и водяной или гидравлической системой …

Сравнение с гидравлической системой

Прежде чем начать, я хотел бы, чтобы вы имели четкое представление о том, как работает электрическая система. Она может показаться сложной и более абстрактной, чем другие системы, например гидравлическая, в которой жидкость течет по разным трубам. Но что, если бы вы сделали

упражнение на воображение а представьте, что электроны электричества — это вода? Может быть, это поможет вам быстро и элементарно понять, как все работает на самом деле.

Для этого я собираюсь провести сравнение между одна электрическая и одна гидравлическая система. Если вы начнете визуализировать это таким образом, это будет намного более интуитивно понятно:

• Дирижер: представьте, что это водопроводная трубка или шланг.
• Изоляция: Вы можете представить себе элемент, который останавливает поток воды.
• электричество: это не что иное, как поток электронов, проходящий через проводник, поэтому вы можете представить его как поток воды, проходящий через трубку.
• напряжение: для того, чтобы напряжение протекало по цепи, должна быть разность потенциалов между двумя точками, это как если бы вам нужна разница в уровне между двумя точками, между которыми вы хотите, чтобы вода текла. То есть вы можете представить напряжение как давление воды в трубке.
• Сопротивление: Как следует из названия, это сопротивление прохождению электричества, то есть что-то, что ему противостоит. Представьте, что вы положили палец на конец поливочного шланга в вашем саду … из-за чего струя будет затруднена и повысится давление (напряжение) воды.
• интенсивность: сила тока, проходящего через электрический проводник, может быть аналогична количеству воды, проходящей через трубку. Например, представьте, что одна трубка размером 1 дюйм (более низкая интенсивность), а другая 2-дюймовая трубка (более высокая интенсивность) заполнены этой жидкостью.

Это также может привести вас к мысли, что вы можете сравнить компоненты eléctricos с гидравликой:

• Ячейка, батарея или источник питания: это может быть как фонтан.
• Конденсор: можно понимать как резервуар для воды.
• Транзистор, реле, переключатель …— Эти устройства управления можно понимать как кран, который можно включать и выключать.
• Сопротивление— Это может быть сопротивление, которое вы оказываете, когда нажимаете пальцем на конец водяного шланга, некоторые садовые регуляторы / насадки и т. Д.

Конечно, вы также можете поразмышлять над тем, что было сказано в этом разделе, чтобы получить другие выводы, Например:

• Если вы увеличите сечение трубы (интенсивность), сопротивление уменьшится (см. Закон Ома -> I = V / R).
• Если вы увеличиваете сопротивление в трубе (сопротивление), вода выходит с более высоким давлением при той же скорости потока (см. Закон Ома -> V = IR).
• И если вы увеличите поток воды (интенсивность) или давление (напряжение) и направите струю на себя, она нанесет больший ущерб (более опасный удар электрическим током).

Я надеюсь, что с этими сравнениями вы что-то поняли лучше …

Что такое закон Ома?

La Закон Ома Это фундаментальное соотношение между тремя основными величинами: силой тока, напряжением или напряжением и сопротивлением. Кое-что фундаментальное для понимания принципов работы схем.

Он назван в честь его первооткрывателя, немецкого физика. Джордж Ом. Он смог заметить, что при постоянной температуре электрический ток, протекающий через фиксированное линейное сопротивление, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению и обратно пропорционален сопротивлению. То есть I = V / R.

Эти три величины формула они могут быть решены для расчета напряжения в зависимости от значений тока и сопротивления, а также сопротивления в зависимости от заданного напряжения и тока. А именно:

• I = V / R
• V = ИК
• R = V / I

I — сила тока цепи, выраженная в амперах, V — напряжение или напряжение, выраженное в вольтах, а R — сопротивление, выраженное в омах.

По примерПредставьте, что у вас есть лампа, которая потребляет 3А и работает при 20В. Чтобы рассчитать сопротивление, вы можете применить:

• R = V / I
• R = 20/3
• R≈6.6 Ω

Очень просто, правда?

Применение закона Ома

Лас- Применение закона Ома Они безграничны, их можно применять к множеству вычислений и вычислительных задач, чтобы получить некоторые из трех величин, которые они связаны в схемах. Даже когда схемы чрезвычайно сложные, их можно упростить, чтобы применить этот закон …

Вы должны знать, что они существуют два исключительных условия в рамках закона Ома, когда речь идет о цепи, а это:

• Cortocircuito: в данном случае это когда две дорожки или компоненты цепи находятся в контакте, например, когда есть элемент, который контактирует между двумя проводниками. Это приводит к очень радикальному эффекту, когда ток равен напряжению и приводит к сгоранию или повреждению компонентов.
• Разомкнутая цепь: это когда цепь прерывается либо намеренно с помощью переключателя, либо из-за того, что какой-то провод был разрезан. В этом случае, если бы цепь наблюдалась с точки зрения закона Ома, можно было бы убедиться, что существует бесконечное сопротивление, поэтому она не может проводить ток. В этом случае он не разрушит компоненты схемы, но не будет работать во время разомкнутой цепи.

мощность

Хотя основной закон Ома не учитывает величину электроэнергия, можно использовать как основу для его расчета в электрических схемах. И дело в том, что электрическая мощность зависит от напряжения и интенсивности (P = I · V), что может помочь вычислить сам закон Ома …

Закон ома и его практическое применение

Закон Ома, основанный на опытах, представляет собой в электротехнике основной закон, который устанавливает связь силы электрического тока с сопротивлением и напряжением.

Появление смартфонов, гаджетов, бытовых приборов и прочей электротехники коренным образом изменило облик современного человека. Приложены огромные усилия, направленные на исследование физических закономерностей для улучшения старой и создания новой техники. Одной из таких зависимостей является закон Ома.

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

Строгая формулировка закона Ома может быть записана так: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на его концах (разности потенциалов) и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника.

Формула закона Ома записывается в следующем виде:

U – электрическое напряжение (разность потенциалов), единица измерения напряжения- вольт [В];

Согласно закону Ома, увеличение напряжения, например, в два раза при фиксированном сопротивлении проводника, приведёт к увеличению силы тока также в два раза

И напротив, уменьшение тока в два раза при фиксированном напряжении будет означать, что сопротивление увеличилось в два раза.

Рассмотрим простейший случай применения закона Ома. Пусть дан некоторый проводник сопротивлением 3 Ом под напряжением 12 В. Тогда, по определению закона Ома, по данному проводнику течет ток равный:

Существует мнемоническое правило для запоминания этого закона, которое можно назвать треугольник Ома. Изобразим все три характеристики (напряжение, сила тока и сопротивление) в виде треугольника. В вершине которого находится напряжение, в нижней левой части – сила тока, а в правой – сопротивление.

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

Где и когда можно применять закон Ома?

Закон Ома в упомянутой форме справедлив в достаточно широких пределах для металлов. Он выполняется до тех пор, пока металл не начнет плавиться. Менее широкий диапазон применения у растворов (расплавов) электролитов и в сильно ионизированных газах (плазме).

Работая с электрическими схемами, иногда требуется определять падение напряжения на определенном элементе. Если это будет резистор с известной величиной сопротивления (она проставляется на корпусе), а также известен проходящий через него ток, узнать напряжение можно с помощью формулы Ома, не подключая вольтметр.

Значение Закона Ома

Закон Ома определяет силу тока в электрической цепи при заданном напряжении и известном сопротивлении.

Он позволяет рассчитать тепловые, химические и магнитные действия тока, так как они зависят от силы тока.

Закон Ома является чрезвычайно полезным в технике(электронной/электрической), поскольку он касается трех основных электрических величин: тока, напряжения и сопротивления. Он показывает, как эти три величины являются взаимозависимыми на макроскопическом уровне.

Если бы было можно охарактеризовать закон Ома простыми словами, то наглядно это выглядело бы так:

Из закона Ома вытекает, что замыкать обычную осветительную сеть проводником малого сопротивления опасно. Сила тока окажется настолько большой, что это может иметь тяжелые последствия.

Принцип работы одного из основополагающих законов электротехники хочется начать объяснять с аллегории — показа небольшого карикатурного изображения 1 из трех человечков под именами «Напряжение U», «Сопротивление R» и «Ток I».

На нем видно, что «Ток» пытается пролезть через сужение в трубе, которое «Сопротивление» усердно затягивает. В то же время «Напряжение» прилагает максимально возможное усилие для прохождения, проталкивания «Тока».

Этот рисунок напоминает, что электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц в определенной среде. Передвижение их возможно под действием приложенной внешней энергии, создающей разность потенциалов — напряжение. Однако, внутренние силы проводников и элементов схемы уменьшают величину тока, оказывают сопротивление его перемещению.

Рассмотрим простую схему 2, поясняющую действие закона Ома для участка электрической цепи постоянного тока.

В качестве источника напряжения U используем аккумуляторную батарею, которую подключим к сопротивлению R толстыми и одновременно короткими проводами в точках А и В. Допустим, что провода не влияют на величину прохождения тока I к резистору R.

Формула (1) выражает соотношения между сопротивлением (омы), напряжением (вольты) и током (амперы). Ее называют законом Ома для участка цепи. Кружок под формулой облегчает ее запоминание и пользование для выражения каждого из составляющих параметров U, R или I (U расположено сверху над черточкой, а R и I — снизу).

Если надо определить один из них, то мысленно закрываем его и работаем с двумя оставшимися, выполняя арифметические действия. Когда величины расположены на одной строчке, то их перемножаем. А в случае расположения их на разных уровнях выполняем деление верхнего на нижний.

Эти соотношения показаны на формулах 2 и 3 рисунка 3 ниже.

В этой схеме для измерения тока используется амперметр, который соединен последовательно с нагрузкой R, а напряжения — вольтметр, подключенный параллельно точкам 1 и 2 резистора. Учитывая конструктивные особенности приборов, допустим, что амперметр не влияет на величину тока в схеме, а вольтметр — напряжения.

Определение сопротивления с помощью закона Ома

Пользуясь показаниями приборов (U=12 В, I=2,5 А) можно по формуле 1 определить величину сопротивления R=12/2,5=4,8 Ом.

На практике этот принцип заложен в работу измерительных приборов — омметров, определяющих активное сопротивление различных электрических устройств. Поскольку они могут быть настроены на замеры различных диапазонов величин, то их соответственно подразделяют на микроомметры и миллиомметры, работающие с малыми сопротивлениями и тера-, гиго- и мегаомметры — измеряющие очень большие значения.

Для конкретных условий эксплуатации их выпускают:

Принцип работы омметра

Для выполнения замеров обычно используются магнитоэлектрические приборы, хотя в последнее время широко внедряются электронные (как аналоговые, так и цифровые).

В омметре магнитоэлектрической системы используется токоограничивающий резистор R, пропускающий через себя только миллиамперы и чувствительная измерительная головка (миллиамперметр). Она реагирует на протекание малых токов через прибор за счет взаимодействия двух электромагнитных полей от постоянного магнита N-S и поля, создаваемого током, проходящим через обмотку катушки 1 с токопроводящей пружинкой 2.

В результате взаимодействия сил магнитных полей происходит отклонение стрелки прибора на определенный угол. Шкала головки для облегчения работы сразу проградуирована в омах. При этом используется выражение сопротивления через ток по формуле 3.

У омметра для обеспечения точных замеров должно поддерживаться стабилизированное значение подаваемого напряжения от батареи питания. С этой целью применяется калибровка посредством использования добавочного регулировочного резистора R рег. С его помощью до начала измерения на схему ограничивается подача излишнего напряжения от источника, выставляется строго стабильная, нормируемая величина.

Определение напряжения с помощью закона Ома

Во время работ с электрическими схемами бывают случаи, когда необходимо узнать падение напряжения на каком-то элементе, например, резисторе, а известно его сопротивление, которое обычно маркируется на корпусе, и проходящий сквозь него ток. Для этого не обязательно подключать вольтметр, а достаточно воспользоваться расчетами по формуле 2.

В нашем случае для рисунка 3 проведем расчеты: U=2,5·4,8 =12 В.

Определение тока с помощью закона Ома

Этот случай описывает формула 3. Его используют для расчета нагрузок в электрических схемах, выбора сечений проводников, кабелей, предохранителей или защитных автоматов.

В нашем примере расчет выглядит так: I=12/4,8=2,5 А.

Этот способ в электротехнике используют для исключения работы определенных элементов из схемы без их демонтажа. Для этого на ненужном резисторе замыкают накоротко проводником входящую и отходящую клеммы (на рисунке 1 и 2) — шунтируют.

В результате ток схемы выбирает для себя путь с меньшим сопротивлением через шунт и резко возрастает, а напряжение зашунтированного элемента падает до нуля.

Этот режим является частным случаем шунтирования и, в общем-то, показан на рисунке выше, когда закоротка устанавливается на выходные клеммы источника. При его возникновении создаются очень опасные большие токи, способные поражать людей и сжигать не защищенное электрооборудование.

Для борьбы со случайно возникающими замыканиями в электрической сети используют защиты. На них выставляют такие уставки, которые не мешают работать схеме в нормальном режиме. Они отключают питание только при аварийных случаях.

Например, если ребенок по неосторожности всунет в домашнюю розетку проволоку, то правильно настроенный автоматический выключатель вводного квартирного щита практически моментально отключит электроснабжение.

Все, что описано выше, относится к закону Ома для участка цепи постоянного тока, а не полной схемы, где процессов может быть значительно больше. Следует представлять, что это только небольшая часть применения его в электротехнике.

Закономерности, выявленные знаменитым ученым Георгом Симоном Омом между током, напряжением и сопротивлением по-разному описываются в различных средах и цепях переменного тока: однофазных и трехфазных.

Вот основные формулы, выражающие соотношения электрических параметров в металлических проводниках.

Более сложные формулы для проведения специальных расчетов закона Ома на практике.

Как видим, исследования, которые провел гениальный ученый Георг Симон Ом, имеют огромное значение даже в наше время бурного развития электротехники и автоматики.

В природе существует два основных вида материалов, проводящие ток и непроводящие (диэлектрики). Отличаются эти материалы наличием условий для перемещения в них электрического тока (электронов).

Из токопроводящих материалов (медь, алюминий, графит, и многие другие), делают электрические проводники, в них электроны не связаны и могут свободно перемещаться.

В диэлектриках электроны привязаны к атомам намертво, поэтому ток в них течь не может. Из них делают изоляцию для проводов, детали электроприборов.

Для того чтобы электроны начали перемещаться в проводнике (по участку цепи пошел ток), им нужно создать условия. Для этого в начале участка цепи должен быть избыток электронов, а в конце – недостаток. Для создания таких условий используют источники напряжения – аккумуляторы, батарейки, электростанции.

Формула Закона Ома

В 1827 году Георг Симон Ом открыл закон силы электрического тока. Его именем назвали Закон и единицу измерения величины сопротивления. Смысл закона в следующем.

Чем толще труба и больше давление воды в водопроводе (с увеличением диаметра трубы уменьшается сопротивление воде) – тем больше потечет воды. Если представить, что вода это электроны (электрический ток), то, чем толще провод и больше напряжение (с увеличением сечения провода уменьшается сопротивление току) – тем больший ток будет протекать по участку цепи.

Сила тока, протекающая по электрической цепи, прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна величине сопротивления цепи.

где I – сила тока, измеряется в амперах и обозначается буквой А; U – напряжение, измеряется в вольтах и обозначается буквой В; R – сопротивление, измеряется в омах и обозначается Oм.

Если известны напряжение питания U и сопротивление электроприбора R, то с помощью вышеприведенной формулы, воспользовавшись онлайн калькулятором, легко определить силу протекающего по цепи тока I.

Онлайн калькулятор для определения силы тока
Напряжение, В:
Сопротивление, Ом:

С помощью закона Ома рассчитываются электрические параметры электропроводки, нагревательных элементов, всех радиоэлементов современной электронной аппаратуры, будь то компьютер, телевизор или сотовый телефон.

Применение закона Ома на практике

На практике часто приходится определять не силу тока I, а величину сопротивления R. Преобразовав формулу Закона Ома, можно рассчитать величину сопротивления R, зная протекающий ток I и величину напряжения U.

Онлайн калькулятор для определения величины сопротивления
Напряжение, В:
Величина тока, А:

Величину сопротивления может понадобится рассчитать, например, при изготовлении блока нагрузок для проверки блока питания компьютера. На корпусе блока питания компьютера обычно есть табличка, в которой приведен максимальный ток нагрузки по каждому напряжению. Достаточно в поля калькулятора ввести данные величины напряжения и максимальный ток нагрузки и в результате вычисления получим величину сопротивления нагрузки для данного напряжения. Например, для напряжения +5 В при максимальной величине тока 20 А, сопротивление нагрузки составит 0,25 Ом.

Формула Закона Джоуля-Ленца

Величину резистора для изготовления блока нагрузки для блока питания компьютера мы рассчитали, но нужно еще определить какой резистор должен быть мощности? Тут поможет другой закон физики, который, независимо друг от друга открыли одновременно два ученых физика. В 1841 году Джеймс Джоуль, а в 1842 году Эмиль Ленц. Этот закон и назвали в их честь – Закон Джоуля-Ленца.

Потребляемая нагрузкой мощность прямо пропорциональна приложенной величине напряжения и протекающей силе тока. Другими словами, при изменении величины напряжения и тока будет пропорционально будет изменяться и потребляемая мощность.

где P – мощность, измеряется в ваттах и обозначается Вт; U – напряжение, измеряется в вольтах и обозначается буквой В; I – сила ток, измеряется в амперах и обозначается буквой А.

Зная напряжения питания и силу тока, потребляемую электроприбором, можно по формуле определить, какую он потребляет мощность. Достаточно ввести данные в окошки ниже приведенного онлайн калькулятора.

Онлайн калькулятор для определения потребляемой мощности
Напряжение, В:
Сила тока, А:

Закон Джоуля-Ленца позволяет также узнать силу тока, потребляемую электроприбором зная его мощность и напряжение питания. Величина потребляемого тока необходима, например, для выбора сечения провода при прокладке электропроводки или для расчета номинала.

Онлайн калькулятор для определения силы тока в зависимости от потребляемой мощности
Потребляемая мощность, Вт:
Напряжение питания, В:

Например, рассчитаем потребляемый ток стиральной машины. По паспорту потребляемая мощность составляет 2200 Вт, напряжение в бытовой электросети составляет 220 В. Подставляем данные в окошки калькулятора, получаем, что стиральная машина потребляет ток величиной 10 А.

Еще один пример, Вы решили в автомобиле установить дополнительную фару или усилитель звука. Зная потребляемую мощность устанавливаемого электроприбора легко рассчитать потребляемый ток и правильно подобрать сечение провода для подключения к электропроводке автомобиля. Допустим, дополнительная фара потребляет мощность 100 Вт (мощность установленной в фару лампочки), бортовое напряжение сети автомобиля 12 В. Подставляем значения мощности и напряжения в окошки калькулятора, получаем, что величина потребляемого тока составит 8,33 А.

Разобравшись всего в двух простейших формулах, Вы легко сможете рассчитать текущие по проводам токи, потребляемую мощность любых электроприборов – практически начнете разбираться в основах электротехники.

Преобразованные формулы Закона Ома и Джоуля-Ленца

Встретил в Интернете картинку в виде круглой таблички, в которой удачно размещены формулы Закона Ома и Джоуля-Ленца и варианты математического преобразования формул. Табличка представляет собой не связанные между собой четыре сектора и очень удобна для практического применения

По таблице легко выбрать формулу для расчета требуемого параметра электрической цепи по двум другим известным. Например, нужно определить ток потребления изделием по известной мощности и напряжению питающей сети. По таблице в секторе тока видим, что для расчета подойдет формула I=P/U.

А если понадобится определить напряжение питающей сети U по величине потребляемой мощности P и величине тока I, то можно воспользоваться формулой левого нижнего сектора, подойдет формула U=P/I.

Подставляемые в формулы величины должны быть выражены в амперах, вольтах, ваттах или Омах.

Закон Ома понятным языком | Инженерные знания

Рубрики: #электрофизика (inznan) , #основы физики (inznan) , #школьникам (inznan)

Один из фундаментальных законов, который всегда изучают в курсе физике — это закон Ома. Он относительно простой, но при этом весьма важен для корректного понимания. Давайте изучим его в режиме «для чайников».

С пониманием как такового физического явления, обуславливающего появление закона Ома, обычно проблем не возникает. Но вот с вариантами формулировки и записи самого закона, а также аспектами, связанными с особенностями его применения в разных случаях, сложности частенько появляются.

В основе закона Ома лежит некая физическая штука, которая называется сопротивление.

Понятие сопротивление доходчиво

Электрическое сопротивление — это величина, которая определяет способность проводника пропускать электрический ток. Полезно также освежить знания про электрический ток (писали в этой статье).

Представить это проще всего, исходя из строения металлов.

По классической теории металл состоит из кристаллической решетки, а между структурными элементами этой решетки путешествуют свободные электроны.

Внешнее электрическое поле заставляет их перемещаться и образуется электрический ток, т.е. направленное упорядоченное движение частиц.

Решетка металла мешает им двигаться по своему объему. Электроны трутся об её узлы и не могут протиснуться. Вот это явление и образует сопротивление. Это «сила», которая мешает перемещению.

Ситуация аналогично ситечку на раковине. Вода проходит, но медленнее, чем проходила бы без ситечка.

Аналогичная ситуация присутствует во всех материалах, правда род и тип частичек может меняться. Тип строения тоже разный. Но условно можно принять, что всегда структура мешает им двигаться что в дереве, что в металле.

В некоторых телах вообще таких частичек не будет, там сопротивление бесконечное (некоторые виды резин, например).

Обратите внимание, что мы не рассматриваем тут понятие электрического тока и напряжения, т.к. это отдельные темы и если есть непонимание, обязательно напишите об этом в комментариях. Правда про электрический ток есть наше видео. Эти вещи нужно четко понимать.

Ну и из сказанного очевидно, что сопротивление будет зависеть от геометрических параметров проводника (т.е. площадь сечения S, длина l) и типа проводника (который тут описывается понятием удельное сопротивление и является табличной величиной). Ещё оно зависит от температуры (чем выше тем больше для большинства тел), но это мы совсем от самого закона уходим… Для задачек на закон Ома знаний уже вполне достаточно.

Формулировка закона Ома

В результате множества экспериментов Ом вывел зависимость, которая определяет связь между силой тока в проводнике, напряжением и тем самым сопротивлением, которое мы описали выше.

Звучит закон так: Cила тока на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению на концах участка и обратно пропорциональна его сопротивлению

Вроде как все слова тут понятные, если знать все определения. Сопротивление мы разобрали. Сила тока — это, грубо говоря, количество частичек, которое окажется в проводнике. Понятие сила тока подробно я разбирал в этой статье, обязательно прочитайте её.

Напряжение — это «поток», который эти частицы несет. Вот вроде бы всё и увязали.

Если рассматривать цепь, то сопротивление по элементам распределяется согласно их техническим характеристикам и вычисляется согласно закону Ома. Т.е. мы не можем утверждать, что на каждом элементе есть одинаковое сопротивление.

Например, если в цепи с последовательным подключением две лампочки, т омы помним что сила тока во всей цепи при таком соединении одинаковая, а вот напряжение на элементах разное. Замеряем его на точках подключения лампочек, записываем и запихиваем в закон Ома. Вот всё и посчитали :)…

Закон Ома для участка цепи

Когда закон ома записан в такой форме, как мы привели выше, то он называется закон ома для участка цепи.

Почему для участка цепи? Для участка, потому что тут не учитывается сопротивление всей цепи. Можно измерить сопротивление на каждом участке исходя из приведенных характеристик.

Закон Ома для полной цепи

Полной цепью (в отличие от участка цепи, применительно к которому мы излагали всё выше) называется цепь с учетом источника тока.

Почему это важно?

Именно потому, что если мы представим себе электрическую цепь условно как систему труб для воды, то участок цепи это будет незамкнутый кусок трубы, а полная цепь — зацикленная система.

Из примера может показаться, что участок цепи есть незамкнутая в электрическом смысле цепь. Нет, пример приведен не для этого. И там, и там электрическая цепь замкнута.

Просто нам нужно обозначить, что без учета источника тока и его внутреннего сопротивления (r) цепь не полная, а расчёт не всегда способен учитывать все значимые характеристики.

Ну а внутреннее сопротивление, как вы наверное догадались — это то сопротивление, которым обладает источник тока. Да, току в цепи сложно проходить и через сам источник! Даже сам источник провоцирует энергетические потери. А вот считать его аналогично расчёту для участка цепи нельзя.

Получается, что в закон Ома добавится ещё и внутренне сопротивление. И всё! Ничего страшного.

Формулировка закона Ома для полной цепи немного изменится. Теперь у нас слово напряжение заменится словом ЭДС (электродвижущая сила), а слово сопротивление заменится суммой внешнего сопротивления цепи и внутреннего сопротивления источника тока. Ну и формула будет такая:

Добавилось понятие электродвижущая сила (ЭДС), обозначенная в формуле E прописное. Что это за зверь?

ЭДС — это, по сути дела, и есть напряжение.

Разница в том, что если мы опять сравним напряжение с напором воды в водопроводе, то напряжением будет являться разница напора между двумя произвольными точками в водопроводе, а ЭДС — это напор на насосе, который качает воду.

При использовании термина ЭДС мы вспоминаем, что у источника есть внутреннее сопротивление, как оно есть и у насоса, который препятствует движению воды через самого себя. Если же мы считали бы именно напряжение источника, то мы бы приняли, что система идеальная и источник движению тока сам не препятствует.

Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах

При изучении закона Ома могут выплывать ещё и такие понятия, как закон Ома в дифференциальной и интегральной формах.

Всё это большие темы, поэтому мы рассмотрим их в отдельных статьях.

Тут отметим лишь то, что в дифференциальной форме закон Ома применяется для определения параметров для ничтожно малого участка цепи. Ведь превалирует слово дифференциал или производная.

В интегральной же форме мы рассматриваем цепь с учетом источника тока или без него. Аналогично тому, как мы писали выше. Помним, что интеграл по своей сути — есть сумма.

Если статья оказалась для вас полезной, то обязательно поддержите наш проект лайком и подпиской 😉!

Советую прочитать:

| Закон Ома для однородного участка цепи

Рассмотрим произвольный источник положительной ЭДС. Являясь неоднородным участком, он обладает двумя неотъемлемыми характеристиками: сопротивлением, которое называется внутренним и обозначается буквой r, и ЭДС e. Закон Ома для неоднородного участка позволяет дать практическое определение положительной e. Сначала дадим определение: разомкнутым источником ЭДС называется источник, по которому не протекает электрический ток. Схему разомкнутого источника легко изобразить:

Рис.17.4

Закон Ома для этого участка выглядит так:

Þ

ЭДС источника равна модулю разности потенциалов на разомкнутом источнике.

§17.5. Закон Ома для однородного участка цепи (I-я форма интегрального закона Ома)

Однородным называется участок, на котором отсутствуют источники ЭДС. Электрическая схема участка выглядит так:

Рис.17.5

На однородном участке на носитель действуют только сила сопротивления и электростатическая сила в качестве движущей. Единственной неотъемлемой характеристикой однородного участка является сопротивление R. Закон Ома для такого участка легко получается из выражения для неоднородного участка с помощью обнуления ЭДС:

или

Словесная формулировка будет звучать так:

на однородном участке цепи постоянного тока напряжение равно падению напряжения.

17.5.1. Последовательное соединение сопротивлений

Рис.17.6

Очевидно, что через все сопротивления течёт один и тот же ток. Проинтегрируем закон Ома для элементарного участка по всему (от клеммы 1 до клеммы 2) однородному участку:

.

Падение напряжения всего однородного участка раскладывается на сумму падений напряжения на каждом отдельном сопротивлении:

Þ .

Напряжение на всем участке:

Итак, при последовательном соединении ток через все сопротивления течёт один и тот же, напряжение на всём участке равно сумме напряжений на отдельных сопротивлениях, общее сопротивление участка равно сумме отдельных сопротивлений.

17.5.2. Параллельное соединение сопротивлений

Рис.17.7

Очевидно, что общий ток равен сумме токов через каждое сопротивление:

,

а напряжение на всех сопротивлениях одинаковы и равны . Тогда

Þ

Итак, при параллельном соединении напряжение на всех сопротивлениях одно и то же, ток на всём участке равен сумме токов на отдельных сопротивлениях, общее обратное сопротивление участка равно сумме отдельных обратных сопротивлений

17.5.3. Мостиковое соединение

Аналогично соединениям (батареям) конденсаторов резисторы (сопротивления) можно соединять не только в последовательно-параллельные схемы, но и в мостиковые, которые в общем случае невозможно свести ни последовательным, ни к параллельным соединениям.

Рис.17.8

В общем случае расчёт токов, текущих по участкам отдельных сопротивлений рассчитывается по законам Кирхгофа (далее), но при выполнении условия уравновешенности мостика

через резистор R0 ток не течёт, и его с одинаковым успехом можно заменить на короткое замыкание, сводя мостик к глобально последовательной схеме, или игнорировать, сводя схему к глобально параллельной.

§17.6. Закон Ома для простого контура (III-я форма интегрального закона Ома)

Простым контуром называется контур, состоящий из неоднородного участка (источник), замкнутого однородным участком (нагрузка):

Рис.17.9

Проинтегрируем закон Ома для элементарного участка по всему контуру в направлении ЭДС:

Интеграл сопротивления распадается на два интеграла: по участку источника (внутренний участок контура) и по участку нагрузки (внешний участок контура).

.

Интеграл напряжения по замкнутому контуру равен 0:

.

Интеграл ЭДС по контуру равен ЭДС источника. В результате получаем:

.

Отсюда видно, что ток в простом контуре течёт всегда по направлению ЭДС.

§17.7. Законы Кирхгофа

Законы Кирхгофа позволяют рассчитать силы токов, текущих в сложных контурах. Разветвлённым или сложным контуром называется цепь постоянного тока, состоящая из нескольких смежных простых контуров.

Рис.17.10

На рисунке 17.10 изображён сложный контур, состоящий из двух смежных контуров. Необходимым элементом схем сложных контуров являются узлы: точки, в которые втекают и вытекают более двух токов (на рисунке отмечены кружками). Для узлов справедлив I-й закон Кирхгофа:

алгебраическая сумма токов одного узла равна 0:

.

В этой алгебраической сумме токи, втекающие в данный узел, и токи, вытекающие из данного узла, должны иметь разные знаки. Суммирование ведётся по всем токам, связанным с данным узлом. Очевидно, что I-й закон Кирхгофа является следствием уравнения неразрывности для постоянного тока.

При использовании I-го закона Кирхгофа необходимо следить за тем, чтобы обозначения токов разных узлов было единым для всей схемы, так чтобы выполнялось правило: на участке между двумя соседними узлами ток не меняет ни силы, ни направления.

Если проинтегрировать по одному простому контуру закон Ома для элементарного участка:

,

то получим II-й закон Кирхгофа, справедливый для каждого простого контура:

алгебраическая сумма падений напряжения контура равна алгебраической сумме его ЭДС:

.

Знаки падений напряжения и ЭДС определяются по отношению к направлению обхода контура (по часовой или против часовой стрелки), которое для данного контура выбирается произвольно и независимо от выбора, сделанного для других простых контуров. Если ток течёт против направления обхода, он считается отрицательным. Если ЭДС включена против направления обхода, она считается отрицательной.

Уравнения I-го и II-го законов Кирхгофа для всего сложного контура должны составить замкнутую систему линейных уравнений, которая позволяет однозначно определить силы тока контура по ЭДС и сопротивлениям, включённым в контур. Запишем уравнения I-го и II-го законов Кирхгофа для рассматриваемого контура:

·  верхний узел: (1)

·  нижний узел: (1’)

·  левый простой контур: (2)

·  правый простой контур: (3)

4. Закон ома

Между основными электрическими параметрами цепи, такими, как ток, сопротивление, эдс, напряжение, существует строго определенная связь (рис.13). Эта связь устанавливается законом Ома.

(2-12)

т.е. сила тока на участке электрической цепи при постоянной проводимости пропорциональна напряжению.

Рис.13 Рис. 14

Зависимость тока от напряжения называют вольтамперной характеристикой (ВАХ) (рис.14). Как следует из выражения(1-12), ВАХ участка цепи при его постоянной проводимости есть линейная функция, т.е. прямая линия, проходящая через начало координат. Причем, ctgα =R=U/I. Ранее приведенную формулу можно представить и так

U = IR,(2-13)

причем, величину равную произведению тока на сопротивление участка цепи, называют падением напряжения на этом участке.

При установлении связи между параметрами, относящимися ко всей цепи, необходимо учитывать сопротивление всей цепи, а также эдс источника, т.е. закон Ома для всей цепи

, (2-14)

где R- сопротивление внешнего участка цепи,r-сопротивление внутреннего участка цепи. Произведение I r=ΔUназывают падением напряжения на внутреннем участке цепи.

5. Законы кирхгофа

Первый закон Кирхгофа — алгебраическая сумма токов, в узловой точке (а или б) (рис.15а) цепи равна нулю,

или (2-15)

а б

Рис.15

Второй закон – алгебраическая сумма всех действующих эдс в любом контуре электрической цепи равна алгебраической сумме падений напряжений на резисторах, входящих в контур. Для замкнутого контура (рис.15б) второй закон Кирхгофа запишется в виде

(2-16)

Таким образом, закон Ома для всей цепи можно считать частным случаем второго закона Кирхгофа.

Знаки в алгебраической сумме для эдс и падений напряжений следует производить в соответствии со следующими правилами:

1. если направление эдс совпадает с условно выбранным направлением обхода по контуру, то эдс берут со знаком плюс и наоборот;

2. если направление тока на участке цепи совпадает с направлением выбранного обхода контура, то падение напряжения на этом участке берется со знаком плюс и наоборот.

6. Соединение резисторов

Последовательное соединение. Последовательным соединением резисторов называют такое соединение, при котором между ними не существует узловых точек и через все участки цепи проходит один и тот же ток.

а б в

Рис.16

Электрическая цепь с последовательно соединенными резисторами (рис.16а)обладает следующими свойствами:

1. Сила тока на всех участках цепи одинакова:

I = const.(2-17)

2. Напряжение на зажимах цепи на отдельных ее участках равно арифметической сумме

U = U₁ + U₂ + U₃. (2-18)

3. Напряжение на зажимах отдельных резисторов прямо пропорционально их сопротивлениям U~R

U₁/U₂ = R₁/R₂ или U₂/U₃ = R₂/R₃ (2-19)

4. Полное (эквивалентное) сопротивление цепи при последовательном сопротивлении равно сумме сопротивлений отдельных резисторов, включенных в цепь:

R = R₁ + R₂ + R₃. (2-20)

5. Полная мощность цепи равна сумме мощностей, выделенных на каждом резисторе

Р = Р₁+ Р₂+ Р₃.(2-21)

Параллельное соединение. Параллельным соединением резисторов называют такое соединение, при котором резисторы образуют две узловых точки и находятся под действием одного и того же напряжения (рис.16б)

Электрическая цепь с параллельно соединенными резисторами обладает следующими свойствами:

1. Ток в неразветвленной цепи равен сумме токов в ее отдельных ветвях

I = I₁ + I₂ + I₃ + . . .(1-22)

2. Напряжение на всех ветвях одинаково:

U=U₁=U₂=U₃ =const. (2-23)

3. Токи в отдельных ветвях обратно пропорциональны сопротивлениям этих ветвей:

I₁/I₂ = R₂/R₁ или I₂/I₃ =R₃/R₂. (2-24)

4. Полная проводимость цепи равна сумме проводимостей отдельных ветвей:

g=g₁+g₂+g₃ + … или 1/R= 1/R₁+ 1/R₂+ 1/R₃+ … (2-25)

5. Полная мощность цепи равна арифметической сумме мощностей, выделенных на каждом резисторе:

P= Р₁+P₂+P₃+ … (2-26)

Параллельное соединение применяется в тех случаях, когда необходимо уменьшить полное сопротивление цепи.

Смешанное соединение. Смешанным соединением резисторов называют такое соединение, в котором сочетаются последовательное и параллельное соединение резисторов. На рис. 16 в представлена схема смешанного соединения резисторов. РезисторыR₂иR₃соединены параллельно, а резисторR₁соединен с ними последовательно.

Методика расчета смешанных схем соединения резисторов состоит в том, чтобы путем замены отдельных видов соединений привести цепь к одному виду соединения – либо последовательному, либо параллельному.

Закон Ома в физике

Закон Ома – это важнейший закон электрического тока. Данный закон носит имя немецкого физика Георга Ома.

Закон Ома для участка цепи

Если измерить одновременно напряжение на концах проводника (U) и силу тока (I), который течет через него, то будет получено: сила тока на участке проводника пропорциональна напряжению между концами избранного участка. В математической записи данный закон имеет вид:

   

где R — электрическое сопротивление проводника (сопротивление). Часто закон Ома для участка цепи записывают как:

   

Выражения (1) и (2) отображают то факт, что при установленном напряжении на концах проводников, имеющих разные сопротивления, сила тока будет уменьшаться с ростом сопротивления (R). Это обозначает, что рост сопротивления проводника — это то же самое, что увеличение помех, испытываемых носителями заряда при движении по проводнику под воздействием напряжения. Формулы (1) и (2) — это выражения закона Ома для участка цепи не содержащего источник напряжения (однородного участка).

Для неоднородного участка цепи закон Ома трансформируется в выражение вида:

   

гдеразность потенциалов начала и конца участка цепи; — электродвижущая сила источника тока; —сопротивление рассматриваемого участка цепи. Если выбор положительного ЭДС совпадает с направлением движения положительных зарядов, то считают большей нуля.

Закон Ома справедлив, когда сопротивление является постоянным для рассматриваемого проводника, то есть не зависит от приложенного напряжения и силы тока. К таким проводникам относят металлы, уголь, электролиты. Для ионизированных газов закон Ома в виде (1,2) можно применять только при малых напряжениях, которые не влияют на сопротивление вещества.

Закон Ома для замкнутой цепи, имеющей источник тока

Для замкнутой цепи с источником тока закон Ома записывают как:

   

где — сопротивление источника тока, R- внешнее сопротивление цепи.

Закон Ома в дифференциальной форме

Если трубки тока являются цилиндрами с постоянной площадью сечения (S), что закон Ома используют в виде (1) или (2), а сопротивление рассчитывают как:

   

где — удельное сопротивление вещества, — длина проводника. Если форма проводника отличается от цилиндрической, то выражение (5) для расчёта сопротивления часто применять нельзя. Тогда Закон Ома используют в дифференциальной форме:

   

где — вектор плотности тока; — удельная проводимость вещества; — вектор напряженности поля в точке рассмотрения. Если вещество является однородным и изотропным, то поле внутри проводящего вещества при наличии тока в большинстве случаев совпадает с электростатическим полем. Это приводит к тому, что в таком проводнике линии напряженности совпадают линиями тока.

Говорят, что выражение (6) характеризует электрическое состояние вещества в точке. Выражение закона Ома в виде (1) — называют интегральным, в отличие от формулы (6).

Примеры решения задач

Электротехника. Основы. Закон Ома — Всё об энергетике

Электротехника. Основы. Закон Ома

В электротехнике, как и в любой другой науке, существуют базовые понятия, без понимания которых не удастся овладеть этой областью знаний. Здесь такими понятиями являются электрическое напряжение, электрический ток и электрическое сопротивление.

Закон Ома

Закон Ома был открыт в результате экспериментов Георга Ома с гальванометром и простой электрической цепью из источника ЭДС и сопротивления. Со временем формула полученная Омом претерпела несколько изменений.

Закон Ома для участка цепи без ЭДС

Может быть сформулирован через сопротивление [1, стр.33][2, стр.15]:

\begin{equation} I = {U_{ab}\over R}; \end{equation}

Где:

• I — ток через участок ab электрической цепи;
• U_ab — напряжение на участке ab электрической цепи;
• R — сопротивление участка ab электрической цепи.

Или через проводимость:

\begin{equation} I = U_{ab} × G; \end{equation}

Где:

• G — проводимость участка ab электрической цепи.

Формула (1, 2) справедлива для электрической цепи представленной ниже на рисунке 1.

Рисунок 1 — Участок цепи без ЭДС

Закон Ома для участка цепи содержащего ЭДС

Или обобщённый закон Ома. Формулируется следующим образом [1, стр.34][2, стр.17]:

\begin{equation} I = {U_{ab} + E\over R}; \end{equation}

Где:

• I — ток через участок ac электрической цепи;
• U_ab — напряжение на участке ab электрической цепи;
• E — ЭДС на участке bс электрической цепи;
• R — сопротивление участка ab электрической цепи.

Или через проводимость:

\begin{equation} I = {(U_{ab} + E) × G}; \end{equation}

Где:

• G — проводимость участка ab электрической цепи.

Формула (3, 4) справедлива для электрической цепи представленной ниже на рисунке 2.

Рисунок 2 — Участок цепи содержащий ЭДС

Закон Ома для полной цепи

Закон формулируется следующим образом [1, стр.34][2, стр.17]:

\begin{equation} I = {E\over {R + r}}; \end{equation}

Где:

• I — ток в электрической цепи;
• E — ЭДС электрической цепи;
• R — сопротивление электрической цепи;
• r — внутреннее сопротивление источника ЭДС.

Формулировка выражения (5) через проводимость неудобна и здесь приведена не будет. Ниже на рисунке 3 изображена схема электрической цепи для которой справедливо выражение (5).

Рисунок 3 — Полная цепь

На схеме видно, что R и r соединены последовательно, а в формуле это отражено как сумма R (сопротивления цепи) и r (внутреннего сопротивления источника ЭДС). Заменим выражение R + r на R_п

\begin{equation} I = {E\over R_п}; \end{equation}

Где:

• R_п — полное сопротивление электрической цепи (включая сопротивление источника ЭДС).

Закон Ома в дифференциальной форме

Закон Ома в дифференциальной форме, представленный в выражении (7), справедлив для неоднородного, но изотропного вещества [3].

\begin{equation} \vec E = {ρ × \vec\jmath}; \end{equation}

Где:

• \(\vec\jmath\) — плотность тока;
• ρ — удельное сопротивление;
• \(\vec E\) — напряжённость электрического поля.

Примеры применения

Ниже приведены несколько примеров для демонстрации применения разных формулировок закона Ома.

Пример 1

Схема задания приведена на рисунке 4. На схеме R = 5,2 Ом, U = 26 В. Определить I.

Рисунок 4 — Схема к 1 и 2-му примеру

Для решения задания воспользуемся выражением (1):

\begin{equation} I = {U\over R} = {26\over 5,2} = {5 \ А;} \end{equation}

Пример 2

Схема задания приведена на рисунке 4. К данному участку цепи приложено напряжение 24 В и по нему протекает ток 1,5 А. Определить проводимость участка цепи.

Для решения задания преобразуем выражение (2) относительно G:

\begin{equation} I = {U × G} \ \Rightarrow \ G = {I\over U} = {1,5\over 24} = {0,0625 \ См;} \end{equation}

Пример 3

Схема задания приведена на рисунке 5. На схеме U = 220 В, I = 0,5 А, R = 140 Ом. Определить E.

Рисунок 5 — Схема к 3-му примеру

Для решения задания преобразуем выражение (3) относительно E:

\begin{equation} I = {U — E\over R} \ \Rightarrow \ {I × R} = {U — E} \ \Rightarrow \ E = {U — I × R}; \end{equation}

Подставим в выражение (10) известные величины:

\begin{equation} E = {U — I × R} = {220 — 0,5 × 140} = {150 \ В;} \end{equation}

Пример 4

Сопротивление электрической цепи, приведенной на рисунке 3 составляет 12 Ом, напряжение источника ЭДС включенного в цепь — 9 В. Измерения показали, что по цепи протекает ток 0,72 А. Необходимо определить внутреннее сопротивление источника ЭДС.

Преобразуем выражение (5) относительно r:

\begin{equation} I = {E\over {R + r}} \ \Rightarrow \ {I × (R + r)} = E \ \Rightarrow \ {I × r} = {E — I × R} \ \Rightarrow \ r = {E — I × R\over I}; \end{equation}

Определим внутренней сопротивление источника ЭДС, подставив в выражение (10) известные величины:

\begin{equation} r = {E — I × R\over I} = {9 — 0,72 × 12\over 0,72} = {0,36\over 0,72} = {0,5 \ Ом;} \end{equation}

Использованные термины

Электрический потенциал точки:

Физическая величина, равная потенциальной энергии, которой обладает элементарный положительный заряд, помещенный в электрическое поле.

Потенциал обозначается буквой φ греческого алфавита и измеряется в вольтах (В). Он не имеет направления и записывается как скаляр.

Электрическое напряжение:

Физическая величина, равная количеству энергии, затраченной на перенос единичного заряда из точки А в точку Б электромагнитного поля, определяемая как разность потенциалов этих точек: U_ab = φ_a — φ_b.

Напряжение обозначается буквой U (u) латинского алфавита и измеряется в вольтах (В). Напряжение — скалярная величина, но на электрических схемах указывают его положительное направление.

Электродвижущая сила (ЭДС):

Также как и напряжение это физическая величина, равная количеству энергии, затраченной на перенос единичного заряда из одной точки электромагнитного поля в другую.

ЭДС обозначается буквой E (e) латинского алфавита и измеряется в вольтах (В). ЭДС — скалярная величина, но на электрических схемах указывают её положительное направление. Она численно равна напряжению на зажимах не подключенного источника.

Электрическое ток:

Физическая величина, равная количеству заряженных частиц прошедших через поперечное сечение проводника за единицу времени. Как явление — направленное движение заряженных частиц.

Напряжение обозначается буквой I (i) латинского алфавита и измеряется в амперах (А). Ток, так же как и напряжение, величина скалярная, и на электрических схемах тоже указывают его положительное направление [2, стр.11].

Плотность тока:

Физическая величина, имеющая смысл силы электрического тока, протекающего через элемент поверхности единичной площади.

Плотность тока обозначается буквой \(\vec\jmath\) латинского алфавита и измеряется в амперах на метр квадратный (А/м²). Плотность тока — векторная величина [4].

Электрическое сопротивление:

Физическая величина, характеризующая способность проводника препятствовать прохождению по нему тока.

Сопротивление обозначается буквами R (r), X (x) или Z (z) латинского алфавита (последние два обозначения применяются для реактивного и комплексного сопротивления соответственно) и измеряется в омах (Ом). Как и предыдущие, сопротивление — скалярная величина.

Электрическая проводимость:

Физическая величина, характеризующая насколько хорошо проводник проводит электрический ток, является обратной сопротивлению: G = 1/R.

Проводимость обозначается буквами G (g) латинского алфавита и измеряется в сименсах (См). Так же как и сопротивление проводимость — скалярная величина.

Удельное сопротивление:

Физическая величина, численно равная сопротивлению участка электрической цепи, выполненного из данного вещества, длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м².

Удельная проводимость обозначается буквами ρ греческого алфавита и измеряется в омах на метр (Ом×м). Является скалярной величиной. [3].

В дальнейшем при использовании вышеперечисленных терминов слово «электрический» будет упускаться.

Список использованных источников

1. Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники: учебник / Л.А. Бессонов — Москва: Высшая школа, 1996. — 623 с.
2. Иванова, С.Г. Теоретические основы электротехники: Версия 1.0 [Электронный ресурс] : учеб. пособие / С. Г. Иванова, В. В. Новиков – Красноярск: ИПК СФУ, 2008. — 318 с.
3. Википедия — Удельное электрическое сопротивление [электронный ресурс] — Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Удельное_электрическое_сопротивление
4. Википедия — Плотность тока [электронный ресурс] — Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Плотность_тока

9.5: Закон Ома — Физика LibreTexts

До сих пор в этой главе мы обсуждали три электрических свойства: ток, напряжение и сопротивление. Оказывается, что многие материалы демонстрируют простую взаимосвязь между значениями этих свойств, известную как закон Ома. Многие другие материалы не демонстрируют эту взаимосвязь, поэтому, несмотря на то, что они называются законом Ома, они не считаются законом природы, как законы Ньютона или законы термодинамики. Но это очень полезно для расчетов с материалами, которые подчиняются закону Ома.

Описание закона Ома

Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению В . Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) был первым, кто экспериментально продемонстрировал, что ток в металлической проволоке прямо пропорционален приложенному напряжению :

.

\ [I \ propto V. \]

Это важное соотношение лежит в основе закона Ома . Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, в которой напряжение является причиной, а ток — следствием.Это эмпирический закон, который означает, что это экспериментально наблюдаемое явление, подобное трению. Такая линейная зависимость возникает не всегда. Любой материал, компонент или устройство, подчиняющееся закону Ома, где ток через устройство пропорционален приложенному напряжению, известен как омический материал или омический компонент . Любой материал или компонент, который не подчиняется закону Ома, известен как неомический материал или неомический компонент.

Эксперимент Ома

В статье, опубликованной в 1827 году, Георг Ом описал эксперимент, в котором он измерял напряжение и ток в различных простых электрических цепях, содержащих провода различной длины.Похожий эксперимент показан на рисунке \ (\ PageIndex {1} \). Этот эксперимент используется для наблюдения за током через резистор, возникающим в результате приложенного напряжения. В этой простой схеме резистор включен последовательно с батареей. Напряжение измеряется вольтметром, который необходимо разместить на резисторе (параллельно резистору). Ток измеряется амперметром, который должен быть на одной линии с резистором (последовательно с резистором).

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): экспериментальная установка, используемая для определения того, является ли резистор омическим или неомическим устройством.(a) Когда батарея подключена, ток течет по часовой стрелке, а вольтметр и амперметр показывают положительные значения. (b) Когда выводы батареи переключаются, ток течет против часовой стрелки, а вольтметр и амперметр показывают отрицательные показания.

В этой обновленной версии оригинального эксперимента Ома было выполнено несколько измерений тока для нескольких различных напряжений. Когда батарея была подключена, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {1a} \), ток протекал по часовой стрелке, и показания вольтметра и амперметра были положительными.Изменится ли поведение тока, если ток течет в обратном направлении? Чтобы заставить ток течь в обратном направлении, выводы батареи можно переключить. При переключении выводов батареи показания вольтметра и амперметра были отрицательными, потому что ток протекал в обратном направлении, в данном случае против часовой стрелки. Результаты аналогичного эксперимента показаны на рисунке \ (\ PageIndex {2} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): резистор вставлен в цепь с батареей.Приложенное напряжение изменяется от -10,00 В до +10,00 В с шагом 1,00 В. График показывает значения напряжения в зависимости от тока, типичные для случайного экспериментатора.

В этом эксперименте напряжение, приложенное к резистору, изменяется от -10,00 до +10,00 В с шагом 1,00 В. Измеряются ток через резистор и напряжение на резисторе. Построен график зависимости напряжения от тока, и результат будет приблизительно линейным. Наклон линии — это сопротивление или напряжение, деленное на ток.Этот результат известен как закон Ома :

.

\ [V = IR \ label {Ohms} \]

, где В — напряжение, измеренное в вольтах на рассматриваемом объекте, I — ток, измеренный через объект в амперах, а R — сопротивление в единицах Ом. Как указывалось ранее, любое устройство, которое показывает линейную зависимость между напряжением и током, известно как омическое устройство. Следовательно, резистор — это омическое устройство.

Пример \ (\ PageIndex {1} \): измерение сопротивления

Угольный резистор при комнатной температуре \ ((20 ° C) \) присоединен к 9.oC \) при нагревании резистора какой ток через резистор?

Стратегия

(a) Сопротивление можно найти по закону Ома. Закон Ома гласит, что \ (V = IR \), поэтому сопротивление можно найти с помощью \ (R = V / I \).

(b) Во-первых, сопротивление зависит от температуры, поэтому новое сопротивление после нагрева резистора можно найти с помощью \ (R = R_0 (1 + \ alpha \ Delta T) \). Ток можно найти с помощью закона Ома в виде \ (I = V / R \).

Решение

1. Использование закона Ома и решение для сопротивления дает сопротивление при комнатной температуре: \ [R = \ dfrac {V} {I} = \ dfrac {9.oC \) привело к изменению тока на 2,00%. Это может показаться не очень большим изменением, но изменение электрических характеристик может сильно повлиять на цепи. По этой причине многие электронные устройства, такие как компьютеры, содержат вентиляторы для отвода тепла, рассеиваемого компонентами электрических цепей.

   Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

   Напряжение, подаваемое в ваш дом, изменяется как \ (V (t) = V_ {max} sin \, (2 \ pi \, ft) \). Если к этому напряжению подключить резистор, будет ли по-прежнему действовать закон Ома \ (V = IR \)?

   Ответ

   Да, закон Ома все еще в силе.В каждый момент времени ток равен \ (I (t) = V (t) / R \), поэтому ток также является функцией времени, \ (I (t) = \ dfrac {V_ {max} } {R} \, sin \, (2 \ pi \, ft) \).

   Моделирование: PhET

   Посмотрите, как закон Ома (Equation \ ref {Ohms}) 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.

   Неомические устройства не показывают линейной зависимости между напряжением и током.Одним из таких устройств является элемент полупроводниковой схемы, известный как диод . Диод — это схемное устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении. Схема простой схемы, состоящей из батареи, диода и резистора, показана на рисунке \ (\ PageIndex {3} \). Хотя мы не рассматриваем теорию диода в этом разделе, диод можно протестировать, чтобы определить, является ли он омическим или неомическим устройством.

   Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Диод — это полупроводниковое устройство, которое пропускает ток, только если диод смещен в прямом направлении, что означает, что анод положительный, а катод отрицательный.

   График зависимости тока от напряжения показан на рисунке \ (\ PageIndex {4} \). Обратите внимание, что поведение диода показано как зависимость тока от напряжения, тогда как работа резистора показана как зависимость напряжения от тока. Диод состоит из анода и катода. Когда анод находится под отрицательным потенциалом, а катод — под положительным потенциалом, как показано в части (а), говорят, что диод имеет обратное смещение. При обратном смещении диод имеет чрезвычайно большое сопротивление, и через диод и резистор протекает очень небольшой ток — практически нулевой ток.Когда напряжение, приложенное к цепи, увеличивается, ток остается практически нулевым, пока напряжение не достигнет напряжения пробоя и диод не будет проводить ток. Когда аккумулятор и потенциал на диоде меняются местами, что делает анод положительным, а катод отрицательным, диод проводит, и ток течет через диод, если напряжение больше 0,7 В. Сопротивление диода близко к нулю. (Это причина наличия резистора в цепи; если бы его не было, ток стал бы очень большим.) Из графика на рисунке \ (\ PageIndex {4} \) видно, что напряжение и ток не имеют линейной зависимости. Таким образом, диод является примером безомного устройства.

   Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Когда напряжение на диоде отрицательное и небольшое, через диод протекает очень небольшой ток. Когда напряжение достигает напряжения пробоя, диод проводит. Когда напряжение на диоде положительное и превышает 0,7 В (фактическое значение напряжения зависит от диода), диод проводит.По мере увеличения приложенного напряжения ток через диод увеличивается, но напряжение на диоде остается примерно 0,7 В.

   Закон Ома обычно формулируется как \ (V = IR \), но первоначально он был заявлен как микроскопический вид, в с точки зрения плотности тока, проводимости и электрического поля. Этот микроскопический взгляд предполагает, что пропорциональность \ (V \ propto I \) происходит от скорости дрейфа свободных электронов в металле, возникающей в результате приложенного электрического поля. Как было сказано ранее, плотность тока пропорциональна приложенному электрическому полю.Переформулировка закона Ома приписывается Густаву Кирхгофу, имя которого мы еще раз увидим в следующей главе.

   Закон Ома

   Ом закон — основное правило электричества, объясняет отношения между электрическим током, напряжением и сопротивлением. Ома Закон был назван в честь немецкого физика Георга Ома, который открыл это правило или закон.

   Ом закон заявление

   Ом закон гласит, что электрический ток, протекающий через проводник прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционально сопротивлению.В других словами, электрический ток, протекающий по проводнику увеличивается с увеличением напряжения (если сопротивление не изменилось), тогда как электрический ток, протекающий через проводник уменьшается с увеличением сопротивления проводника (Если напряжение не меняется).

   Ом закон математически записывается как

   Где, V = Напряжение, приложенное к проводнику,
   I = электрический ток, протекающий через дирижер,
   R = сопротивление проводника

   Электрический определение тока, напряжения и сопротивления

   Электрический ток: Цифры бесплатно электронов через проводник за одну секунду составляет называется электрическим током.Электрический ток измеряется в амперы (А).

   Напряжение: разница в электрическом потенциальная энергия заряженных частиц между двумя точки в электрическом поле называется напряжением. Свободные электроны на более высокий потенциал имеет больше электрической потенциальной энергии тогда как свободные электроны при более низком потенциале имеют меньше электрическая потенциальная энергия.Напряжение измеряется в вольтах (V).

   Сопротивление: Сопротивление — это противоположная сила, которая сопротивляется потоку электронов. В электроны, которые свободно движутся по проводнику, будут непрерывно сталкиваются с атомами (который действует как барьер). Это заставляет свободные электроны теряют энергию. Следовательно, электрический ток уменьшается.Сопротивление измеряется в омах (Ом).

   Ом объяснение закона на примере

   концепция закона Ома легко понять с помощью воды аналогия. Разница в давлении воды между двумя точками в резервуаре заставляет воду течь. Здесь разница в давлении воды сравнивается с напряжение или разность потенциалов.Скорость, с которой течет вода в секунду сравнивается с электрическим током. Препятствие что уменьшает поток воды по сравнению с сопротивлением.

   Напряжение приложено к кондуктору

   
   

   Когда напряжение приложено к проводнику, свободные электроны приобретает кинетический энергия и начинает течь из более высокого потенциала проводник к нижнему потенциалу проводника.В течение путешествие от одного конца до другого конца проводника свободные электроны сталкиваются с атомами или ионами.

   Когда свободные электроны, движущиеся в проводнике, сталкиваются с атомы, они теряют свою кинетическую энергию. Потеря энергии свободной электроны выделяются в виде тепла. Однако из-за постоянная подача внешнего электрического поля или напряжения, свободные электроны снова ускоряются.Свободные электроны движутся через проводник снова сталкиваются с атомами и теряют свои кинетическая энергия.

   В таким образом, свободные электроны, движущиеся по проводнику непрерывно сталкиваются с атомами. Из-за этого непрерывного при столкновении средняя скорость свободных электронов уменьшается. Следовательно, количество свободных электронов, текущих из одной точки в другая точка внутри проводника уменьшается.Следовательно, электрический ток уменьшается.

   Если напряжение прикладывается к кондуктору увеличивается

   
   

   Если напряжение или электрическое поле, приложенное к проводнику, равно увеличивается, свободные электроны получают большое количество кинетической энергия. Следовательно, скорость свободных электронов увеличивается.

   Когда свободные электроны, движущиеся по проводнику, сталкиваются с атомами они теряют свою кинетическую энергию.Однако из-за к непрерывной подаче напряжения, свободные электроны снова достичь их скорости. Свободные электроны, движущиеся через проводник снова сталкивается с атомами и теряет их кинетическая энергия.
   

   В таким образом, свободные электроны, протекающие по проводнику непрерывно сталкиваются с атомами. Из-за этого непрерывное столкновение, средняя скорость свободного электронов уменьшается.Однако мы предоставили больше энергии или электрическое поле для свободных электронов, чем в предыдущем случае. Следовательно, средняя скорость свободных электронов увеличивается. по сравнению с предыдущим случаем. Поэтому электрический ток увеличивается.

   Если напряжение приложенный к проводнику остается постоянным, а сопротивление увеличенный

   
   

   Если напряжение или электрическое поле, приложенное к свободным электронам в проводник остается постоянным и увеличивает сопротивление проводник, количество столкновений с атомами увеличивается.В результате средний дрейф скорость свободных электронов уменьшается. Следовательно электрический ток уменьшается.

   сила притяжения от ядра также влияет на скорость свободные электроны. Сила притяжения от ядра всегда пытается привлечь свободные электроны. Это уменьшает скорость свободных электронов. В результате электрический ток уменьшается.

   Разное схема уравнения закона Ома

   В электрические цепи, уравнение закона Ома состоит из трех разными способами в зависимости от того, что мы хотим решить.

   Ом Уравнение закона для нахождения электрического тока:

   В чтобы решить электрический ток, уравнение закона Ома написано как

   приведенное выше уравнение говорит нам, что электрический ток увеличивается при повышении напряжения (Если сопротивление не изменено) тогда как электрический ток уменьшается с увеличением сопротивление (если напряжение не меняется).

   Ом Уравнение закона для нахождения сопротивления:

   В Чтобы решить сопротивление, уравнение закона Ома выглядит следующим образом: написано как

   приведенное выше уравнение говорит нам, что сопротивление увеличивается с увеличением повышение напряжения (если не менять электрический ток) тогда как сопротивление уменьшается с увеличением электрического ток (если не менять напряжение).

   Ом уравнение закона для нахождения напряжения:

   В чтобы решить напряжение, записывается уравнение закона Ома как

   приведенное выше уравнение говорит нам, что напряжение увеличивается с увеличением увеличение электрического тока (если сопротивление не изменено) или напряжение увеличивается с увеличением сопротивления (если электрический ток не изменен).

   
   

   
   

   
   Закон

   Ом | Строительная электротехника

   Закон

   ОМ представляет рабочее соотношение между током (амперы), напряжением (вольты), сопротивлением (ОМ) и мощностью (ватты) с помощью различных алгебраических формул.

   • Ампер = √ (Вт / Ом)
   • Ампер = Вольт / Ом
   • Ампер = Ватт / Вольт
   • Ом = Вольт ² / Вт
   • Ом = Ватт / Ампер ²
   • Ом = Вольт / Ампер
   • Вольт = Ватт / Ампер
   • Вольт = √ (Вт * Ом)
   • Вольт = Ампер * Ом
   • Вт = Вольт * Ампер
   • Ватт = Вольт ² / Ом
   • Ватт = Ампер ² * Ом

   Последняя цель — научиться выполнять основные электрические расчеты с помощью простых формул. Эти формулы: Амперы X Вольт = Ватты и Амперы = Ватты% Вольт. Используя следующие формулы, мы можем сделать приблизительные оценки мощности и возможностей цепи или источника питания. В большинстве случаев мы пытаемся определить силу тока, доступную для использования от источника питания.

   Например, если мы хотим выяснить, сколько ампер на 120 В доступно для использования от генератора на 5000 ватт, мы могли бы использовать эту алгебраическую формулу для определения мощности ампер .

   Ампер X Вольт = Ватт

   или

   Ампер = Ватты ÷ Вольт

   следовательно

   Ампер = 5000 ÷ 120

   или

   41,67 = 5000 ÷ 120

   Остерегайтесь: изучение этих формул не сделает вас инженером-электриком в одночасье. Эти расчеты не принимают во внимание сопротивление, создаваемое: температурой, длиной или диаметром проводника, подключениями вилки и розетки или любыми другими переменными, которые могут способствовать падению напряжения в цепи. {c} \)

   \ (a_ {b} \)

   \ (\ sqrt {a} \)

   \ (\ sqrt [b] {a} \)

   \ (\ frac {a} {b} \)

   \ (\ cfrac {a} {b} \)

   \ (+ \)

   \ (- \)

   \ (\ times \)

   \ (\ div \)

   \ (\ pm \)

   \ (\ cdot \)

   \ (\ amalg \)

   \ (\ ast \)

   \ (\ barwedge \)

   \ (\ bigcirc \)

   \ (\ bigodot \)

   \ (\ bigoplus \)

   \ (\ bigotimes \)

   \ (\ bigsqcup \)

   \ (\ bigstar \)

   \ ( \ bigtriangledown \)

   \ (\ bigtriangleup \)

   \ (\ blacklozenge \)

   \ (\ blacksquare \)

   \ (\ blacktriangle \)

   \ (\ blacktriangledown \)

   \ (\ \)

   \ (\ cap \)

   \ (\ cup \)

   \ (\ circ \)

   \ (\ circledcirc \)

   \ (\ dagger \)

   \ (\ ddagger \)

   \ (\ diamond \)

   \ (\ dotplus \)

   \ (\ lozenge \)

   \ (\ mp \)

   \ (\ ominus \)

   \ (\ oplus \)

   \ ( \ oslash \)

   \ (\ otimes \)

   \ (\ setminus \)

   \ (\ sqcap \)

   \ (\ sqcup \)

   \ (\ square \)

   \ (\ star \)

   \ (\ треугольник \)

   \ (\ треугольник \)

   \ (\ треугольник слева \)

   \ (\ Cap \)

   \ (\ Cup \)

   \ (\ uplus \)

   \ (\ vee \)

   \ (\ veebar \)

   \ (\ wedge \)

   \ (\ wr \)

   \ (\ следовательно \)

   \ (\ left (a \ right ) \)

   \ (\ влево \ | a \ right \ | \)

   \ (\ left [a \ right] \)

   \ (\ left \ {a \ right \} \)

   \ (\ left \ lceil a \ right \ rceil \)

   \ (\ left \ lfloor \ right \ rfloor \)

   \ (\ left (a \ right) \)

   \ (\ vert a \ vert \)

   \ (\ leftarrow \)

   \ (\ leftharpoondown \)

   \ (\ leftharpoonup \)

   \ (\ leftrightarrow \)

   \ (\ leftrightharpoons \)

   \ (\ mapsto \)

   \ (\ rightarrow \)

   \ (\ rightharpoondown \)

   \ (\ rightharpoonup \)

   \ (\ rightleftharpoons \)

   \ (\ to \)

   \ (\ Leftarrow \)

   \ (\ Leftrightarrow \)

   \ (\ Rightarrow \ )

   \ (\ overset {a} {\ leftarrow} \)

   \ (\ overset {a} {\ rightarrow} \)

   \ (\ приблизительно \)

   \ (\ asymp \)

   \ (\ cong \)

   \ (\ dashv \)

   \ (\ doteq \)

   \ (= \)

   \ (\ Equiv \)

   \ (\ frown \)

   9000 2 \ (\ geq \)

   \ (\ geqslant \)

   \ (\ gg \)

   \ (\ gt \)

   \ (| \)

   \ (\ leq \)

   \ (\ leqslant \)

   \ (\ ll \)

   \ (\ lt \)

   \ (\ models \)

   \ (\ neq \)

   \ (\ ngeqslant \)

   \ (\ ngtr \)

   \ (\ nleqslant \)

   \ (\ nless \)

   \ (\ not \ Equiv \)

   \ (\ overset {\ подмножество {\ mathrm {def}} {}} {=} \)

   \ (\ parallel \)

   \ (\ perp \)

   \ (\ prec \)

   \ (\ prevq \)

   \ (\ sim \)

   \ (\ simeq \)

   \ (\ smile \)

   \ (\ succ \)

   \ (\ successq \)

   \ (\ vdash \)

   \ ( \ in \)

   \ (\ ni \)

   \ (\ notin \)

   \ (\ nsubseteq \)

   \ (\ nsupseteq \)

   \ (\ sqsubset \)

   \ (\ sqsubseteq \)

   \ (\ sqsupset \)

   \ (\ sqsupseteq \)

   \ (\ subset \)

   \ (\ substeq \)

   \ (\ substeqq \)

   \ (\ supset \)

   \ (\ supsete q \)

   \ (\ supseteqq \)

   \ (\ emptyset \)

   \ (\ mathbb {N} \)

   \ (\ mathbb {Z} \)

   \ (\ mathbb {Q} \)

   \ (\ mathbb {R} \)

   \ (\ mathbb {C} \)

   \ (\ alpha \)

   \ (\ beta \)

   \ (\ gamma \)

   \ (\ delta \)

   \ (\ epsilon \)

   \ (\ zeta \)

   \ (\ eta \)

   \ (\ theta \)

   \ (\ iota \)

   \ ( \ kappa \)

   \ (\ lambda \)

   \ (\ mu \)

   \ (\ nu \)

   \ (\ xi \)

   \ (\ pi \)

   \ (\ rho \)

   \ (\ sigma \)

   \ (\ tau \)

   \ (\ upsilon \)

   \ (\ phi \)

   \ (\ chi \)

   \ (\ psi \)

   \ (\ omega \)

   \ (\ Gamma \)

   \ (\ Delta \)

   \ (\ Theta \)

   \ (\ Lambda \)

   \ (\ Xi \)

   \ (\ Pi \)

   \ (\ Sigma \)

   \ (\ Upsilon \)

   \ (\ Phi \)

   \ (\ Ps i \)

   \ (\ Omega \)

   \ ((a) \)

   \ ([a] \)

   \ (\ lbrace {a} \ rbrace \)

   \ (\ frac {a + b} {c + d} \)

   \ (\ vec {a} \)

   \ (\ binom {a} {b} \)

   \ ({a \ brack b} \)

   \ ({a \ brace b} \)

   \ (\ sin \)

   \ (\ cos \)

   \ (\ tan \)

   \ (\ cot \)

   \ (\ sec \)

   \ (\ csc \)

   \ (\ sinh \)

   \ (\ cosh \)

   \ (\ tanh \)

   \ (\ coth \)

   \ (\ bigcap {a} \)

   \ (\ bigcap_ {b} ^ {} a \)

   \ (\ bigcup {a} \)

   \ (\ bigcup_ {b} ^ {} a \)

   \ (\ coprod {a} \)

   \ (\ coprod_ {b} ^ {} a \)

   \ (\ prod {a} \)

   \ (\ prod_ {b} ^ {} a \)

   \ (\ sum_ { a = 1} ^ b \)

   \ (\ sum_ {b} ^ {} a \)

   \ (\ sum {a} \)

   \ (\ underset {a \ to b} \ lim \)

   \ (\ int {a} \)

   \ (\ int_ {b} ^ {} a \)

   \ (\ iint {a} \)

   \ (\ iint_ {b} ^ {} a \)

   \ (\ int_ {a} ^ {b} {c} \)

   \ (\ iint_ {a} ^ {b} {c} \)

   \ (\ iiint_ {a} ^ { b} {c} \)

   \ (\ oint {a} \)

   \ (\ oint_ {b} ^ {} a \)

   Используя закон Ома | УЧИТЬСЯ.PARALLAX.COM

   Знаете ли вы?

   Различные формы уравнений закона Ома используются по-разному. В этом разделе вы увидите:

   • Быстрый математический трюк, позволяющий запомнить только одну версию уравнения
   • Пример использования в электронном дизайне
   • Как он определяет соотношение единиц В, А и Ом

   Трюк с памятью с помощью уравнения закона Ома

   Хотя существует множество уловок с памятью для запоминания версий, которые решают для I и R, вы также можете просто запомнить V = I x R, а затем разделить на обе стороны, чтобы изолировать I или R.Другими словами, если вы решаете для I, разделите R на обе части V = I x R, и результат будет I = V / R. Или, если вы решаете для R, разделите обе стороны на I. R = V / I.

   
   Закон Ома: «Ток через проводник между двумя точками прямо пропорционален напряжению в этих двух точках».
   Это переводится прямо в I = V / R, где (1 / R) — это «прямо пропорциональная» константа, которую можно умножить на напряжение для расчета тока.В законе Ома используется термин «две точки», чтобы сделать его более общим. Конечно, точка на каждом выводе резистора — это две точки, но это также может относиться к точкам на длинных проводах. Длинный провод, как и линия электропередачи, имеет очень маленькое сопротивление на длину. Чем длиннее провод, тем больше сопротивление.

   Расчет сопротивления для получения максимального значения

   Ранее вы экспериментировали с заменой резисторов, чтобы сделать свет тусклее или ярче. Резисторы меньшего размера позволяют протекать по цепи большему току, делая свет ярче.Одна из целей прототипа или проекта — сделать свет максимально ярким. Это можно сделать, проверив ограничения по току, а затем выбрав резистор, который заставит схему проводить наибольший ток в пределах этих ограничений.

   В соответствии с распиновкой Edge Connector и micro: bit, источник питания 3,3 В модуля V2 может обеспечивать ток до 270 мА. Но максимальный ток светодиода составляет 20 мА, так что это ограничивающий фактор. Итак, если вы разрабатываете устройство и вам нужен максимально яркий свет, вот как вы могли бы использовать закон Ома для расчета наименьшего резистора, который вы можете безопасно использовать (без повреждения светодиода, превышая его текущие характеристики).

   У светодиодов

   есть свойство, называемое прямым напряжением, и оно немного изменяется с током, но не сильно. Итак, предположим, что падение напряжения на нем при 20 мА все еще будет около 2,1 В, как мы тестировали в разделе «Измерение напряжения». Это означает, что напряжение на резисторе по-прежнему будет около 1,2 В, потому что они все еще должны добавить до 3,3 В. Опять же, это потому, что закон напряжения Кирхгофа (KVL) гласит, что напряжения на компонентах должны в сумме составлять питания.

   R = V / I
   = 1.2 В / 0,020 А
   = 60 Ом

   Важно: используйте в цепи светодиода резистор такого маленького размера только в том случае, если вы получаете питание от шины 3,3 В и заземления на макетной плате. Микробитовый вывод ввода / вывода не может подавать даже 5 мА в цепь светодиода с сопротивлением 220 Ом без провала напряжения. Это приблизительные оценки, и в конструкциях изделий часто применяется снижение номинальных характеристик, чтобы гарантировать, что ни одна из частей никогда не выйдет из строя. быть слишком близкими к максимальным или минимальным значениям своих спецификаций. Например, вы можете в конечном итоге повторить расчет резистора, используя 15 мА, на всякий случай.

   
   Равенства единиц по закону Ома

   Поскольку единицей измерения напряжения является В, единицей измерения тока является А, а единицей измерения сопротивления — Ом, закон Ома также говорит нам, как соотносятся V, A и Ω:

   1 А = 1 В / Ом
   1 В = 1 А x Ом
   1 Ом = 1 В / А

   
   Ваша очередь
   • Используйте то, что вы узнали, чтобы создать сценарий, который вычисляет сопротивление по току и напряжению.
   • Используйте калькулятор, чтобы проверить результаты вашего скрипта.
   • Убедитесь, что вы присвоили скрипту имя calculate_r_from_v_and_i и сохраните свой скрипт.
   • Не беспокойтесь об отображении омега-Ом для единиц. Просто используйте вместо этого «ом».

   Насколько верен закон Ома? : askscience

   Закон Ома — это не закон, выводимый из уравнений Максвелла, а скорее просто описание поведения многих материалов, полученное непосредственно из экспериментов. (Хотя с атомной точки зрения этому есть какое-то оправдание.) Все материалы не будут подчиняться закону Ома за пределами их диэлектрической точки разрыва. Есть также материалы, которые просто не подчиняются закону Ома даже в слабом электрическом поле (например, полупроводники), и их называют неомическими .

   Также обратите внимание, что если вы измеряете сопротивление в лаборатории и не контролируете джоулевое нагревание, вы обнаружите, что В не является линейной функцией от I просто потому, что сопротивление (скажем, лампы) увеличивается с температурой. , который сам увеличивается с током.Следовательно, V = I * R ( I ), причем R является строго возрастающей функцией от I (т. Е. Непостоянной). Это не обязательно является нарушением закона Ома, потому что полное изложение закона Ома содержит оговорку, что оно применяется к элементу цепи в заданном состоянии , в частности, при постоянной температуре.

   ---

   edit: Здесь необходимы некоторые пояснения, так как многие из комментариев ошибаются, , по-видимому, мне противоречит или просто прямо противоречит мне.

   Во многих физических системах у нас есть некоторый набор уравнений, которые выполняются независимо от того, что (например, уравнения Максвелла в классической электродинамике, или уравнение Навье-Стокса в гидродинамике, или уравнения Власова-Максвелла в физике плазмы). Часто наша система уравнений не замкнута , что примерно означает, что у нас больше переменных, чем уравнений. Проблема замыкания особенно известна в физике плазмы. Итак, нам нужно дополнить наши уравнения так называемыми определяющими соотношениями .Это уравнения, которые справедливы только для определенного материала и только при определенных условиях или приближениях. Они позволяют нам добавить достаточно уравнений к нашей системе уравнений, чтобы сделать ее разрешимой.

   Например, в гидродинамике мы можем использовать приближение, согласно которому жидкость является ньютоновской, что дает нам определяющее соотношение для тензора напряжений Коши, тензора вязкости и поля скоростей. (Мы можем даже дополнительно аппроксимировать жидкость как однородную и / или изотропную, что дает нам дополнительное определяющее соотношение, упрощающее форму тензора вязкости.Возможно, все еще существует проблема закрытия уравнений правильным определяющим соотношением для давления.

   В электродинамике одним из таких определяющих соотношений, которые мы можем наложить, является закон Ома, который равен Дж = σ E , где σ — фиксированное число . Это достаточно точное приближение для самых разных сред. Конечно, если вы хотите быть более точным или если вы исследуете режим, в котором закон Ома не верен для материала, для которого он обычно является, мы можем написать, что J = σ . E . Здесь σ — тензор ранга 2, и это более общее определяющее соотношение. (Более подробную информацию см. В сообщении / u / RobusEtCeleritas ниже.)

   Конечно, мы всегда можем составить любое определяющее отношение, какое захотим. Но если он дает нам бессмысленные результаты или результаты, которые очень плохо аппроксимируют нашу проблему, он не будет использоваться много, если вообще. Закон Ома является хорошим приближением для многих сред, в частности, для многих простых элементов схемы, для которых температура (и другие параметры состояния) не слишком сильно меняются.Так что закон Ома используется довольно часто.

   Некоторая путаница в других комментариях, я думаю, заключается в трактовке (или неправильном обращении) с законом Ома как с определением . Например, определяет ньютоновскую жидкость как жидкость, так что τ = μ . ( ∇ **** v ), где μ — фиксированный тензор 4 ранга . Но это просто определяющее соотношение, и мы знаем, что не все жидкости будут подчиняться этому уравнению. Точно так же мы, , определяем омической средой как такую ​​среду, что J = σ E , но это справедливо не для всех сред.В этом смысле закон Ома всегда абсолютно верен, потому что это всего лишь определение. Все, что нарушает закон Ома, является просто неомической средой.

   Наконец, обратите внимание, что электрическое сопротивление R элемента схемы равно , определенному как как отношение напряжения В и тока I через тот же элемент. Конечно, нет оснований полагать, что R является постоянным или даже независимым от V или I .Таким образом, в этом смысле уравнение V = IR равно , всегда истинно, несмотря ни на что. Но это уравнение , а не закон Ома . Закон Ома — это , а именно , утверждение, что R не зависит как от V , так и от I (но все же может зависеть от других параметров состояния, таких как температура и деформация), т.е. что V и I пропорциональны . Итак, закон Ома категорически не всегда верен.

   То же самое происходит и с эластиками.Мы можем определить тело Гука как такое тело, что σ = — k . ε , где k — фиксированный тензор 4 ранга (здесь σ — тензор напряжений, а ε — тензор деформации). В одном измерении это сводится к F = -kx, где k — постоянная. Это обычный Закон Гука , который вы изучаете в школьной физике. Но никто в здравом уме не скажет что-то вроде «Закон Гука справедлив для всех упругих тел».Это просто абсурд. Это всего лишь конститутивная связь между напряжением и деформацией, которая оказывается хорошим приближением для широкого диапазона материалов.

   Закон Ома воспринимается многими людьми по-другому, потому что, честно говоря, я думаю, что они забывают, что уравнение V = IR само по себе является определением R и , а не законом Ома . (Обратите внимание, что закон Гука F = -kx не используется в качестве определения чего-либо, поскольку F и x могут и определяются полностью независимо от пружин.С другой стороны, электрическое сопротивление необходимо определять с точки зрения элементов схемы.)

   Закон Ома: теория, схема и применение

   Мы слышим о законе Ома из наших базовых классов. Кроме того, мы ежедневно видим его применение в нашей жизни. В этой статье мы постараемся развеять все сомнения, которые могут возникнуть по этому поводу, с более практическим подходом.

   В 1825 году немецкий физик Георг Симон Ом начал работать над сопротивлением. Два года спустя, в 1827 году, он представил свои результаты и опубликовал их в виде книги «Гальваническая цепь, исследованная математически».Наконец, в 1850 году работа Ома была признана доказанной и принята как закон Ома.

   Этот закон говорит о соотношении между напряжением, током и сопротивлением. Основное определение закона Ома может быть дано как:

   «При постоянных физических параметрах, таких как давление, температура и т. Д., Ток, протекающий по проводнику, прямо пропорционален напряжению на проводнике».

   Основы напряжения, тока и сопротивления

   Прежде чем углубиться в понятие закона Ома, давайте изучим основные термины, используемые в нем.

   Электрическое напряжение

   Напряжение в двух точках можно определить как работу, выполняемую при переносе заряда из одной точки в другую. Разность электрических потенциалов, электрическое напряжение, электрическое давление одинаковы и используются только для обозначения электрического напряжения.

   Математически,

   В = dw / dq

   Итак, увидев это, какой, по вашему мнению, должна быть единица измерения напряжения? Общая попытка !!

   Да, вы правы! это должно быть джоули (для работы) на кулон (для заряда).И эти джоули на кулон обычно называют вольтами. Следовательно, единицей СИ для напряжения является вольт.

   Что ж, в повседневной жизни вы много раз встречаете слово «напряжение». Не правда ли! Попробуйте вспомнить (см. Рис. Выше) !! Кроме того, вы знаете, какое напряжение мы получаем в нашем доме? Прокомментируйте, если знаете.

   Вы когда-нибудь замечали, что мы развлекаемся с его приложениями, не зная, что это на самом деле означает.

   Ха-ха !! Интересно, правда?

   Электрический ток

   Это еще один термин, с которым мы сталкиваемся ежедневно.Его можно определить как поток электронов в проводнике. Чтобы электроны текли, нам нужна энергия (в виде напряжения).

   На практике вы можете представить поток воды (или любой жидкости) по трубе. Кроме того, вы наверняка видели электростанцию. Вы можете понять электростанцию ​​как электростанцию ​​тока.

   Математически мы можем выразить ток как,

   i = dq / dt

   т.е. поток электрического заряда в единицу времени. Так какой же здесь должна быть единица СИ?

   Да, это кулон в секунду, который также называют ампером (A).

   Позвольте задать вам вопрос,

   Знаете ли вы диапазон напряжения и тока мобильных зарядных устройств? Если да, то вы знаете, что делать, верно !! Ха-ха, да расскажи мне в комментариях.

   Электрическое сопротивление

   Сопротивление — это помеха / препятствие для потока электронов. Протекание тока зависит как от напряжения, так и от сопротивления. Очевидно, что чем больше напряжение, тем больше должен быть ток, но наличие сопротивления снижает ток.

   Математически,

   R = ρ (L / A), где ρ = удельное электрическое сопротивление (ом-метр), L = длина (метр), A = площадь проводника (квадратные метры), поэтому единицей СИ становится ом (Ом).

   На практике представьте, что если в полой трубе застревают камни или грязь, то это повлияет на поток воды через нее?

   Да, будет. Они называются сопротивлениями на пути прохождения потока. Здесь следует отметить еще одну вещь: с увеличением сопротивления тепло в системе также будет увеличиваться.

   Закон Ома в цепях постоянного тока

   Как обсуждалось выше, при постоянных физических параметрах ток, протекающий в проводнике, прямо пропорционален напряжению на нем.Следовательно, мы можем сказать, что сила тока и напряжение имеют линейную зависимость. То есть увеличение одного параметра увеличит другой и наоборот.

   Уравнение закона Ома

   Математически формулировку закона Ома можно записать как:

   В ∝ I

   Теперь эта пропорциональность заменена константой, называемой сопротивлением (R),

   , следовательно, V = R * I

   где, V = напряжение на проводе (в вольтах)

   R = Сопротивление проводника (в Ом)

   I = Ток, протекающий в проводнике (в амперах)

   Из уравнения видно линейную зависимость между напряжением и током.В своей лаборатории вы, должно быть, проводили эксперимент по закону Ома, не так ли?

   Что вы заметили? Линейный график или нелинейный?

   Конечно, линейный правильный!

   График между током и напряжением

   Наклон приведенного выше графика дает значение сопротивления в каждой точке.

   Треугольник закона Ома

   Это просто способ представить и вычислить три параметра, используемых в законе Ома. Напряжение, ток и сопротивление в одном треугольнике обычно называют техникой треугольника закона Ома.

   С их помощью вы можете легко узнать стоимость одного, если указаны другие два. Не правда ли?

   Например, когда указаны значения тока и сопротивления, формула остается как

   В = I * R (в вольтах)

   Если даны сопротивление и напряжение, то формулой можно манипулировать как

   I = V / R (в амперах)

   А если даны значения как напряжения, так и тока, и нам нужно узнать сопротивление, формулу можно изменить как

   R = V / R (в омах)

   Примеры закона Ома в цепях постоянного тока

   Давайте узнаем все это на примере.

   Пример 1

   Итак, нам нужно вычислить здесь три вещи:

   • Полный ток в цепи
   • Индивидуальные токи в каждом резисторе
   • Эквивалентное сопротивление

   Перейдем от последнего к первому, чтобы вычислить все параметры. Таким образом, эквивалентное сопротивление при параллельном подключении сначала определяется по формуле:

   .

   1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3

   выставив значения, 1 / R = 1/2 + 1/2 + 1/2 = 3/2

   , следовательно, R = 2/3 Ом

   Во-вторых, индивидуальный ток можно найти как:

   I = V / R, так как параллельное напряжение одинаково и значение сопротивления здесь такое же.

   Следовательно, I1 = V / R1 = 12/2 = 6 A

   Аналогично I2 = I3 = 6 A.

   Наконец, общий ток можно найти, сложив все токи ответвления. То есть I = I1 + I2 + I3 = 6 + 6 + 6 = 18 А.

   Закон Ома в цепи переменного тока

   Закон

   Ома в цепи переменного тока такой же, за исключением коэффициента импеданса, который заменяет сопротивление в цепи постоянного тока. Импеданс — это не что иное, как сопротивление переменному току, возникающее при протекании тока в цепи переменного тока.

   Разница в сопротивлении постоянному и переменному току

   Импеданс (Z) также влияет на индуктивность и емкость, а также на сопротивление. 2) + j (Xl-Xc))

   , где Xl = индуктивное реактивное сопротивление, равное

   .

   Xl = 2Π (f * L)

   и Xc = емкостное реактивное сопротивление и выражается как:

   Xc = 2Π (f * C)

   где, f = частота системы

   Ну я знаю, что вам еще непонятно.У тебя есть сомнения?

   Да, знаю. Фактор «j» — это не что иное, как термин, обозначающий мнимую часть уравнения. Обычно j называется «йота».

   Еще одна вещь заключается в том, что знание расчета катушек индуктивности в последовательном, параллельном и последовательном, параллельном емкостях является необходимым условием.

   Расчет мощности

   Еще один важный фактор, связанный с законом Ома при расчете мощности как в цепях переменного, так и в цепях постоянного тока.

   Итак, что такое мощность? Что вы под этим понимаете?

   сила мышц !!! ха-ха, ну может быть !! Но поверьте мне, у вашего мозга лучшая сила в мире! Не правда ли?

   Сила разума зависит от того, насколько вы его чистите.

   В любом случае, мы говорим об электрической мощности цепей постоянного тока.Это может быть определено как работа, выполненная за единицу времени, и измеряется в ваттах (джоуль / сек).

   Треугольник силы

   Треугольник мощности показывает соотношение между мощностью, электрическим напряжением и током. Уравнение, управляющее этим треугольником:

   P = V * I

   В основном этот треугольник показывает, что если у нас есть два известных значения из трех, то третье можно легко вычислить.

   • Если заданы напряжение и ток и необходимо рассчитать мощность, то формула будет иметь следующий вид:

   P = V * I (Вт)

   • Если у нас есть значение тока и мощности, мы найдем напряжение в цепи по модифицированной формуле:

   В = P / I (вольт)

   • Если указаны мощность и напряжение, мы рассчитаем ток как:

   I = P / V (амперы)

   Номинальная мощность резисторов

   Ну, первый вопрос, который должен прийти в голову, — зачем нам оценивать резисторы?

   Думай !! Считать !!!

   Номинальная мощность говорит о максимальной мощности, допустимой для конкретного резистора. 2) R

   Аналогично, если у нас есть параллельная цепь, тогда напряжения на всех ветвях одинаковы, а ток отличается.2) /

   рэнд Различные уровни освещенности

   Ограничения закона Ома

   Изменение температуры изменяет значение сопротивления.

   Даже изменение любого другого физического параметра повлияет на сопротивление резистора.

   Действительно только для двусторонних элементов, но не для односторонних элементов, таких как диоды, транзисторы и т. Д.

   Также для нелинейных элементов закон Ома не действует. Это связано с тем, что для нелинейных элементов ток не течет линейно и, следовательно, изменяет значение сопротивления нелинейным образом.Тиристоры, электрическая дуга и т. Д. — вот несколько примеров.

   Применение закона Ома

   • Этот закон используется в измерительных приборах постоянного тока, таких как амперметр и вольтметр постоянного тока.
   • Используется в схеме делителя напряжения для деления напряжения на выходном сопротивлении.
   • Есть одно приложение, которое мы ежедневно используем дома. Посмотрите на изображение и скажите, что это?
   • Да, это регулятор вентилятора. Ток в вентиляторе регулируется сопротивлением в цепи регулятора.
   • В различных электронных схемах требуется падение напряжения для достижения определенного значения напряжения. Это делается с помощью закона Ома.

   Ну, есть еще тысячи приложений, где используется закон Ома.

   Теперь у вас есть работа, прокомментируйте приложения закона Ома, которые мы ежедневно используем в нашей жизни.

   .