Содержание

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи

Закон Ома для полной цепи определяет значение тока в реальной цепи, который зависит не только от сопротивления нагрузки, но и от сопротивления самого источника тока. Другое название этого закона - закон Ома для замкнутой цепи. Рассмотрим смысл закона Ома для полной цепи более подробно.

Потребители электрического тока (например, электрические лампы) вместе с источником тока образуют замкнутую электрическую цепь. На рисунке 1 показана замкнутая электрическая цепь, состоящая из автомобильного аккумулятора и лампочки.

Рисунок 1. Замкнутая цепь, поясняющея закон Ома для полной цепи.

Ток, проходящий через лампочку, проходит также и через источник тока. Следовательно, проходя по цепи, ток кроме сопротивления проводника встретит еще и то сопротивление, которое ему будет оказывать сам источник тока (сопротивле­ние электролита между пластинами и сопротивление пограничных слоев электролита и пластин). Следовательно, общее сопротивление замкнутой цепи будет складываться из сопротивления лампочки и сопротивления источника тока.

Сопротивление нагрузки, присоединенной к источнику тока, принято называть внешним сопротивлением, а со­противление самого источника тока — внутренним со­противлением. Внутреннее сопротивление обозначается буквой r.

Если по цепи, изображенной на рисунке 1, протекает ток I, то для поддержания этого тока во внешней цепи согласно за­кону Ома между ее концами должна существовать раз­ность потенциалов, равная I*R. Но этот же ток I протекает и по внутренней цепи. Следовательно, для поддержания тока во внутренней цепи, также необходимо существование разности потенциалов между концами сопротивления r. Эта разность потенциалов па закону Ома должна быть равна I*r.

Поэтому для поддержания тока в цепи электродвижущая сила (ЭДС) аккумулятора должна иметь величину:

E=I*r+I*R

Эта формула показывает, что электродвижущая сила в цепи равна сумме внешнего и внутреннего падений напряжения. Вынося I за скобки, получим:

E=I(r+R)

или

I=E/(r+R)

Две последние формулы выражают закона Ома для полной цепи.

Закон Ома для полной замкнутой цепи формулируется так: сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональ­на ЭДС в цепи и обратно пропорциональ­на общему сопротивлению цепи.

Под общим со­противлением подразумевается сумма внешнего и внутреннего сопротивлений.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Закон Ома для полной цепи

Закон Ома для полной цепи – эмпирический (полученный из эксперимента) закон, который устанавливает связь между силой тока, электродвижущей силой (ЭДС) и внешним и внутренним сопротивлением в цепи.

При проведении реальных исследований электрических характеристик цепей с постоянным током необходимо учитывать сопротивление самого источника тока. Таким образом в физике осуществляется переход от идеального источника тока к реальному источнику тока, у которого есть свое сопротивление (см. рис. 1).

Рис. 1. Изображение идеального и реального источников тока

Рассмотрение источника тока с собственным сопротивлением обязывает использовать закон Ома для полной цепи.

Сформулируем закона Ома для полной цепи так (см. рис. 2): сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи, где под полным сопротивлением понимается сумма внешних и внутренних сопротивлений.

Рис. 2. Схема закона Ома для полной цепи.

Формула закона Ома для полной цепи

  • R – внешнее сопротивление [Ом];
  • r – сопротивление источника ЭДС (внутреннее) [Ом];
  • I – сила тока [А];
  • ε– ЭДС источника тока [В].

Рассмотрим некоторые задачи на данную тему. Задачи на закон Ома для полной цепи, как правило, дают ученикам 10 класса, чтобы они могли лучше усвоить указанную тему.

I. Определите силу тока в цепи с лампочкой, сопротивлением 2,4 Ом и источником тока, ЭДС которого равно 10 В, а внутреннее сопротивление 0,1 Ом.

По определению закона Ома для полной цепи, сила тока равна:

II. Определить внутреннее сопротивление источника тока с ЭДС 52 В. Если известно, что при подключении этого источника тока к цепи с сопротивлением 10 Ом амперметр показывает значение 5 А.

Запишем закон Ома для полной цепи и выразим из него внутреннее сопротивление:

III. Однажды школьник спросил у учителя по физике: «Почему батарейка садится?» Как грамотно ответить на данный вопрос?

Мы уже знаем, что реальный источник обладает собственным сопротивлением, которое обусловлено либо сопротивлением растворов электролитов для гальванических элементов и аккумуляторов, либо сопротивлением проводников для генераторов. Согласно закону Ома для полной цепи:

следовательно, ток в цепи может уменьшаться либо из-за уменьшения ЭДС, либо из-за повышения внутреннего сопротивления. Значение ЭДС у аккумулятора почти постоянный. Следовательно, ток в цепи понижается за счет повышения внутреннего сопротивления. Итак, «батарейка» садится, так как её внутреннее сопротивление увеличивается.

ЭДС. Закон Ома для полной цепи

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: электродвижущая сила, внутреннее сопротивление источника тока, закон Ома для полной электрической цепи.

До сих пор при изучении электрического тока мы рассматривали направленное движение свободных зарядов во внешней цепи, то есть в проводниках, подсоединённых к клеммам источника тока.

Как мы знаем, положительный заряд :

• уходит во внешнюю цепь с положительной клеммы источника;

• перемещается во внешней цепи под действием стационарного электрического поля, создаваемого другими движущимися зарядами;

• приходит на отрицательную клемму источника, завершая свой путь во внешней цепи.

Теперь нашему положительному заряду нужно замкнуть свою траекторию и вернуться на положительную клемму. Для этого ему требуется преодолеть заключительный отрезок пути — внутри источника тока от отрицательной клеммы к положительной. Но вдумайтесь: идти туда ему совсем не хочется! Отрицательная клемма притягивает его к себе, положительная клемма его от себя отталкивает, и в результате на наш заряд внутри источника действует электрическая сила , направленная

против движения заряда (т.е. против направления тока).

Сторонняя сила

Тем не менее, ток по цепи идёт; стало быть, имеется сила, «протаскивающая» заряд сквозь источник вопреки противодействию электрического поля клемм (рис. 1).

Рис. 1. Сторонняя сила

Эта сила называется сторонней силой; именно благодаря ей и функционирует источник тока. Сторонняя сила не имеет отношения к стационарному электрическому полю — у неё, как говорят, неэлектрическое происхождение; в батарейках, например, она возникает благодаря протеканию соответствующих химических реакций.

Обозначим через работу сторонней силы по перемещению положительного заряда q внутри источника тока от отрицательной клеммы к положительной. Эта работа положительна, так как направление сторонней силы совпадает с направлением перемещения заряда. Работа сторонней силы называется также

работой источника тока.

Во внешней цепи сторонняя сила отсутствует, так что работа сторонней силы по перемещению заряда во внешней цепи равна нулю. Поэтому работа сторонней силы по перемещению заряда вокруг всей цепи сводится к работе по перемещению этого заряда только лишь внутри источника тока. Таким образом, — это также работа сторонней силы по перемещению заряда по всей цепи.

Мы видим, что сторонняя сила является непотенциальной — её работа при перемещении заряда по замкнутому пути не равна нулю. Именно эта непотенциальность и обеспечивает циркулирование электрического тока; потенциальное электрическое поле, как мы уже говорили ранее, не может поддерживать постоянный ток.

Опыт показывает, что работа прямо пропорциональна перемещаемому заряду . Поэтому отношение уже не зависит от заряда и является количественной характеристикой источника тока. Это отношение обозначается :

(1)

Данная величина называется электродвижущей силой (ЭДС) источника тока. Как видим, ЭДС измеряется в вольтах (В), поэтому название «электродвижущая сила» является крайне неудачным. Но оно давно укоренилось, так что приходится смириться.

Когда вы видите надпись на батарейке: «1,5 В», то знайте, что это именно ЭДС. Равна ли эта величина напряжению, которое создаёт батарейка во внешней цепи? Оказывается, нет! Сейчас мы поймём, почему.

Закон Ома для полной цепи

Любой источник тока обладает своим сопротивлением , которое называется внутренним сопротивлением этого источника. Таким образом, источник тока имеет две важных характеристики: ЭДС и внутреннее сопротивление.

Пусть источник тока с ЭДС, равной , и внутренним сопротивлением подключён к резистору (который в данном случае называется внешним резистором, или внешней нагрузкой, или полезной нагрузкой). Всё это вместе называется полной цепью (рис. 2).

Рис. 2. Полная цепь

Наша задача — найти силу тока в цепи и напряжение на резисторе .

За время по цепи проходит заряд . Согласно формуле (1) источник тока совершает при этом работу:

(2)

Так как сила тока постоянна, работа источника целиком превращается в теплоту, которая выделяется на сопротивлениях и . Данное количество теплоты определяется законом Джоуля–Ленца:

(3)

Итак, , и мы приравниваем правые части формул (2) и (3):

После сокращения на получаем:

Вот мы и нашли ток в цепи:

(4)

Формула (4) называется законом Ома для полной цепи.

Если соединить клеммы источника проводом пренебрежимо малого сопротивления , то получится короткое замыкание. Через источник при этом потечёт максимальный ток — ток короткого замыкания:

Из-за малости внутреннего сопротивления ток короткого замыкания может быть весьма большим. Например, пальчиковая батарейка разогревается при этом так, что обжигает руки.

Зная силу тока (формула (4)), мы можем найти напряжение на резисторе с помощью закона Ома для участка цепи:

(5)

Это напряжение является разностью потенциалов между точками и (рис. 2). Потенциал точки равен потенциалу положительной клеммы источника; потенциал точки равен потенциалу отрицательной клеммы. Поэтому напряжение (5) называется также напряжением на клеммах источника.

Мы видим из формулы (5), что в реальной цепи будет — ведь умножается на дробь, меньшую единицы. Но есть два случая, когда .

1. Идеальный источник тока. Так называется источник с нулевым внутренним сопротивлением. При формула (5) даёт .

2. Разомкнутая цепь. Рассмотрим источник тока сам по себе, вне электрической цепи. В этом случае можно считать, что внешнее сопротивление бесконечно велико: . Тогда величина неотличима от , и формула (5) снова даёт нам .

Смысл этого результата прост: если источник не подключён к цепи, то вольтметр, подсоединённый к полюсам источника, покажет его ЭДС.

КПД электрической цепи

Нетрудно понять, почему резистор называется полезной нагрузкой. Представьте себе, что это лампочка. Теплота, выделяющаяся на лампочке, является

полезной, так как благодаря этой теплоте лампочка выполняет своё предназначение — даёт свет.

Количество теплоты, выделяющееся на полезной нагрузке за время , обозначим .

Если сила тока в цепи равна , то

Некоторое количество теплоты выделяется также на источнике тока:

Полное количество теплоты, которое выделяется в цепи, равно:

КПД электрической цепи — это отношение полезного тепла к полному:

КПД цепи равен единице лишь в том случае, если источник тока идеальный .

Закон Ома для неоднородного участка

Простой закон Ома справедлив для так называемого однородного участка цепи — то есть участка, на котором нет источников тока. Сейчас мы получим более общие соотношения, из которых следует как закон Ома для однородного участка, так и полученный выше закон Ома для полной цепи.

Участок цепи называется неоднородным, если на нём имеется источник тока. Иными словами, неоднородный участок — это участок с ЭДС.

На рис. 3показан неоднородный участок, содержащий резистор и источник тока. ЭДС источника равна , его внутреннее сопротивление считаем равным нулю (усли внутреннее сопротивление источника равно , можно просто заменить резистор на резистор ).

Рис. 3. ЭДС «помогает» току:

Сила тока на участке равна , ток течёт от точки к точке . Этот ток не обязательно вызван одним лишь источником . Рассматриваемый участок, как правило, входит в состав некоторой цепи (не изображённой на рисунке), а в этой цепи могут присутствовать и другие источники тока. Поэтому ток является результатом совокупного действия всех источников, имеющихся в цепи.

Пусть потенциалы точек и равны соответственно и . Подчеркнём ещё раз, что речь идёт о потенциале стационарного электрического поля, порождённого действием всех источников цепи — не только источника, принадлежащего данному участку, но и, возможно, имеющихся вне этого участка.

Напряжение на нашем участке равно: . За время через участок проходит заряд , при этом стационарное электрическое поле совершает работу:

Кроме того, положительную работу совершает источник тока (ведь заряд прошёл сквозь него!):

Сила тока постоянна, поэтому суммарная работа по продвижению заряда , совершаемая на участке стационарным элетрическим полем и сторонними силами источника, целиком превращается в тепло: .

Подставляем сюда выражения для , и закон Джоуля–Ленца:

Сокращая на , получаем закон Ома для неоднородного участка цепи:

(6)

или, что то же самое:

(7)

Обратите внимание: перед стоит знак «плюс». Причину этого мы уже указывали — источник тока в данном случае совершает положительную работу, «протаскивая» внутри себя заряд от отрицательной клеммы к положительной. Попросту говоря, источник «помогает» току протекать от точки к точке .

Отметим два следствия выведенных формул (6) и (7).

1. Если участок однородный, то . Тогда из формулы (6) получаем — закон Ома для однородного участка цепи.

2. Предположим, что источник тока обладает внутренним сопротивлением . Это, как мы уже упоминали, равносильно замене на :

Теперь замкнём наш участок, соединив точки и . Получим рассмотренную выше полную цепь. При этом окажется, что и предыдущая формула превратится в закон Ома для полной цепи:

Таким образом, закон Ома для однородного участка и закон Ома для полной цепи оба вытекают из закона Ома для неоднородного участка.

Может быть и другой случай подключения, когда источник «мешает» току идти по участку. Такая ситуация изображена на рис. 4. Здесь ток, идущий от к , направлен против действия сторонних сил источника.

Рис. 4. ЭДС «мешает» току:

Как такое возможно? Очень просто: другие источники, имеющиеся в цепи вне рассматриваемого участка, «пересиливают» источник на участке и вынуждают ток течь против . Именно так происходит, когда вы ставите телефон на зарядку: подключённый к розетке адаптер вызывает движение зарядов против действия сторонних сил аккумулятора телефона, и аккумулятор тем самым заряжается!

Что изменится теперь в выводе наших формул? Только одно — работа сторонних сил станет отрицательной:

Тогда закон Ома для неоднородного участка примет вид:

(8)

или:

где по-прежнему — напряжение на участке.

Давайте соберём вместе формулы (7) и (8) и запишем закон Ома для участка с ЭДС следующим образом:

Ток при этом течёт от точки к точке . Если направление тока совпадает с направлением сторонних сил, то перед ставится «плюс»; если же эти направления противоположны, то ставится «минус».

формулы и определения / Блог / Справочник :: Бингоскул

Немецкий физик Георг Симон Ом (1787—1854) открыл основной закон электрической цепи.

 

Закон Ома для участка цепи:

Определение: Cила тока I на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению U на концах участка и обратно пропорциональна его сопротивлению R.

  1. I — сила тока (в системе СИ измеряется — Ампер)
    • Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
    • Формула: I=\frac{U}{R}
  2. U — напряжение (в системе СИ измеряется — Вольт)
    • Падение напряжения на участке проводника равно произведению силы тока в проводнике на сопротивление этого участка.
    • Формула: U=IR
  3. R — электрическое сопротивление (в системе СИ измеряется — Ом).
    • Электрическое сопротивление R это отношение напряжения на концах проводника к силе тока, текущего по проводнику.
    • Формула R=\frac{U}{I}

 

    Определение единицы сопротивления — Ом

    1 Ом представляет собой электрическое сопротивление участка проводника, по которому при напряжении 1 (Вольт) протекает ток 1 (Ампер).

     

    Закон Ома для полной цепи

    Определение: Сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника

     

    Формула I=\frac{\varepsilon}{R+r}

    • \varepsilon — ЭДС источника напряжения, В;
    • I — сила тока в цепи, А;
    • R — сопротивление всех внешних элементов цепи, Ом;
    • r — внутреннее сопротивление источника напряжения, Ом.

     

    Как запомнить формулы закона Ома

    Треугольник Ома поможет запомнить закон. Нужно закрыть искомую величину, и два других символа дадут формулу для её вычисления.

    .

     

    • U — электрическое напряжение;
    • I — сила тока;
    • P — электрическая мощность;
    • R — электрическое сопротивление

     

    Смотри также:

     

    Для закрепления своих знаний решай задания и варианты ЕГЭ по физике с ответами и пояснениями.

    Есть ли отличия закона Ома для цепей переменного и постоянного напряжения?

    Закон Ома является одним из основных законов электротехники. Он довольно прост и применяется при расчете практически любых электрических цепей. Но данный закон имеет некоторые особенности работы в цепях переменного и постоянного тока при наличии в цепи реактивных элементов. Эти особенности нужно помнить всегда.

    Закон Ома для цепи постоянного тока

    Классическая схема закона Ома выглядит так:

    А звучит и того проще – ток, протекающей на участке цепи, будет равен отношению напряжения цепи к ее сопротивлению, что выражается формулой:

    Но ведь мы знаем, что помимо активного сопротивления R, существует и реактивные сопротивления индуктивности ХL и емкости XC. А ведь согласитесь, что электрические схемы с чисто активным сопротивлением встречаются крайне редко. Давайте рассмотрим схему, в которой последовательно включена катушка индуктивности L, конденсатор С и резистор R:

    Помимо чисто активного сопротивления R, индуктивность L и емкость С имеют и реактивные сопротивления  ХL и XC, которые выражены формулами:

    Где ω это циклическая частота сети, равная ω = 2πf. f – частота сети в Гц.

    Для постоянного тока частота равна нулю (f = 0), соответственно реактивное сопротивление индуктивности станет равным нулю (формула (1)), а емкости – бесконечности (2), что приведет к разрыву электрической цепи. Отсюда можно сделать вывод, что реактивное сопротивление элементов в цепях постоянного напряжения отсутствует.

    Закон Ома для цепи переменного тока

    Если рассматривать классическую электрическую цепь и на переменном токе, то она практически ничем не будет отличаться от постоянного тока, только источником напряжения (вместо постоянного — переменное):

    Соответственно и формула для такого контура останется прежней:

    Но если мы усложним схему и добавим к ней реактивных элементов:

    Ситуация изменится кардинально. Теперь f у нас не равна нулю, что сигнализирует о том, что помимо активного, в цепь вводится и реактивное сопротивление, которое также может влиять на величину тока, протекаемого в контуре и приводить к резонансу. Теперь полное сопротивление контура (обозначается как Z) и оно не равно активному Z ≠ R. Формула примет следующий вид:

    Соответственно немного изменится и формула для закона Ома:

    Почему это важно?

    Знание этих нюансов позволит избежать серьезных проблем, которые могут возникнуть при неправильном подходе к решению некоторых электротехнических задач. Например, в контур переменного напряжения подключена катушка индуктивности со следующими параметрами: fном = 50 Гц, Uном = 220 В, R = 0,01 Ома, L = 0,03 Гн. Ток, протекающий через данную катушку будет равен:

    Где:

    В случае, если подать на эту же катушку постоянное напряжение с таким же значением, получим:

    Мы видим, что ток катушки возрастает в разы, что приводит к выходу из строя элементов контура.

    Закон Ома. Для цепей и тока. Формулы и применение

    Георг Симон Ом начал свои исследования вдохновляясь знаменитым трудом Жана Батиста Фурье «Аналитическая теория тепла». В этой работе Фурье представлял тепловой поток между двумя точками как разницу температур, а изменение теплового потока связывал с его прохождением через препятствие неправильной формы из теплоизолирующего материала. Аналогично этому Ом обуславливал возникновение электрического тока разностью потенциалов.

    История

    Исходя из этого Ом стал экспериментировать с разными материалами проводника. Для того, чтобы определить их проводимость он подключал их последовательно и подгонял их длину таким образом, чтобы сила тока была одинаковой во всех случаях.

    Важно при таких измерениях было подбирать проводники одного и того же диаметра. Ом, замеряя проводимость серебра и золота, получил результаты, которые по современным данным не отличаются точностью. Так, серебряный проводник у Ома проводил меньше электрического тока, чем золотой. Сам Ом объяснял это тем, что его проводник из серебра был покрыт маслом и из-за этого, по всей видимости, опыт не дал точных результатов.

    Однако не только с этим были проблемы у физиков, которые в то время занимались подобными экспериментами с электричеством. Большие трудности с добычей чистых материалов без примесей для опытов, затруднения с калибровкой диаметра проводника искажали результаты тестов. Еще большая загвоздка состояла в том, что сила тока постоянно менялась во время испытаний, поскольку источником тока служили переменные химические элементы. В таких условиях Ом вывел логарифмическую зависимость силы тока от сопротивления провода.

    Немногим позже немецкий физик Поггендорф, специализировавшийся на электрохимии, предложил Ому заменить химические элементы на термопару из висмута и меди. Ом начал свои эксперименты заново. В этот раз он пользовался термоэлектрическим устройством, работающем на эффекте Зеебека в качестве батареи. К нему он последовательно подключал 8 проводников из меди одного и того же диаметра, но различной длины. Чтобы измерить силу тока Ом подвешивал с помощью металлической нити над проводниками магнитную стрелку. Ток, шедший параллельно этой стрелке, смещал ее в сторону. Когда это происходило физик закручивал нить до тех пор, пока стрелка не возвращалась в исходное положение. Исходя из угла, на который закручивалась нить можно было судить о значении силы тока.

    В результате нового эксперимента Ом пришел к формуле:

    Х = a / b + l

    Здесь X – интенсивность магнитного поля провода, l – длина провода, a – постоянная величина напряжения источника, b – постоянная сопротивления остальных элементов цепи.

    Если обратиться к современным терминам для описания данной формулы, то мы получим, что Х – сила тока, а – ЭДС источника, b + l – общее сопротивление цепи.

    Закон Ома для участка цепи

    Закон Ома для отдельного участка цепи гласит: сила тока на участке цепи увеличивается при возрастании напряжения и уменьшается при возрастании сопротивления этого участка.

    I = U / R

    Исходя из этой формулы, мы можем решить, что сопротивление проводника зависит от разности потенциалов. С точки зрения математики, это правильно, но ложно с точки зрения физики. Эта формула применима только для расчета сопротивления на отдельном участке цепи.

    Чтобы рассчитать сопротивление проводника, нужно перемножить его длину на удельное сопротивление его материала и разделить на площадь поперечного сечения.

    Таким образом формула для расчета сопротивления проводника примет вид:

    R = p ⋅ l / s

    Закон Ома для полной цепи

    Отличие закона Ома для полной цепи от закона Ома для участка цепи заключается в том, что теперь мы должны учитывать два вида сопротивления. Это «R» сопротивление всех компонентов системы и «r» внутреннее сопротивление источника электродвижущей силы. Формула таким образом приобретает вид:

    I = U / R + r

    Закон Ома для переменного тока

    Переменный ток отличается от постоянного тем, что он изменяется с определенными временными периодами. Конкретно он изменяет свое значение и направление. Чтобы применить закон Ома здесь нужно учитывать, что сопротивление в цепи с постоянным током может отличатся от сопротивления в цепи с током переменным. И отличается оно в том случае если в цепи применены компоненты с реактивным сопротивлением. Реактивное сопротивление может быть индуктивным (катушки, трансформаторы, дроссели) и емкостными (конденсатор).

    Попробуем разобраться, в чем реальная разница между реактивным и активным сопротивлением в цепи с переменным током. Вы уже должны были понять, что значение напряжение и силы тока в такой цепи меняется со временем и имеют, грубо говоря, волновую форму.

    Если мы схематически представим, как с течением времени меняются эти два значения, у нас получится синусоида. И напряжение, и сила тока от нуля поднимаются до максимального значения, затем, опускаясь, проходят через нулевое значение и достигают максимального отрицательного значения. После этого снова поднимаются через нуль до максимального значения и так далее. Когда говорится, что сила тока или напряжение имеет отрицательное значение, здесь имеется ввиду, что они движутся в обратном направлении.

    Весь процесс происходит с определенной периодичностью. Та точка, где значение напряжения или силы тока из минимального значения поднимаясь к максимальному значению проходит через нуль называется фазой.

    На самом деле, это только предисловие. Вернемся к реактивному и активному сопротивлению. Отличие активного сопротивления от реактивного в том, что в цепи с активным сопротивлением фаза тока совпадает с фазой напряжения. То есть, и значение силы тока, и значение напряжения достигают максимума в одном направлении одновременно. В таком случае наша формула для расчета напряжения, сопротивления или силы тока не меняется.

    Если же цепь содержит реактивное сопротивление, фазы тока и напряжения сдвигаются друг от друга на ¼ периода. Это означает, что, когда сила тока достигнет максимального значения, напряжение будет равняться нулю и наоборот. Когда применяется индуктивное сопротивление, фаза напряжения «обгоняет» фазу тока. Когда применяется емкостное сопротивление, фаза тока «обгоняет» фазу напряжения.

    Формула для расчета падения напряжения на индуктивном сопротивлении:

    U = I ⋅ ωL

    Где L – индуктивность реактивного сопротивления, а ω – угловая частота (производная по времени от фазы колебания).

    Формула для расчета падения напряжения на емкостном сопротивлении:

    U = I / ω ⋅ С

    С – емкость реактивного сопротивления.

    Эти две формулы – частные случаи закона Ома для переменных цепей.

    Полный же будет выглядеть следующем образом:

    I = U / Z

    Здесь Z – полное сопротивление переменной цепи известное как импеданс.

    Сфера применения

    Закон Ома не является базовым законом в физике, это лишь удобная зависимость одних значений от других, которая подходит почти в любых ситуациях на практике. Поэтому проще будет перечислить ситуации, когда закон может не срабатывать:

    • Если есть инерция носителей заряда, например, в некоторых высокочастотных электрических полях;
    • В сверхпроводниках;
    • Если провод нагревается до такой степени, что вольтамперная характеристика перестает быть линейной. Например, в лампах накаливания;
    • В вакуумных и газовых радиолампах;
    • В диодах и транзисторах.
    Похожие темы:

    Урок 31. закон ома для полной цепи - Физика - 10 класс

    Физика, 10 класс

    Урок 31. Закон Ома для полной цепи

    Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

    1) закон Ома для полной цепи;

    2) связь ЭДС с внутренним сопротивлением;

    3) короткое замыкание;

    4) различие между ЭДС, напряжением и разностью потенциалов.

    Глоссарий по теме

    Электрическая цепь – набор устройств, которые соединены проводниками, предназначенный для протекания тока.

    Электродвижущая сила – это отношение работы сторонних сил при перемещении заряда по замкнутому контуру к абсолютной величине этого заряда.

    Закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению:

    Основная и дополнительная литература по теме урока:

    1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Сотский Н.Н. Физика. 10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. С. 348 – 354.

    2.Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. - М.: Дрофа, 2009. С. 106-108.

    Теоретический материал для самостоятельного изучения

    Любые силы, которые действуют на электрически заряженные частицы, кроме сил электростатического происхождения (т.е. кулоновских), называют сторонними силами. Сторонние силы приводят в движение заряженные частицы внутри всех источников тока.

    Действие сторонних сил характеризуется важной физической величиной электродвижущей силой (ЭДС). Электродвижущая сила в замкнутом контуре - отношение работы сторонних сил при перемещении заряда вдоль контура к заряду.

    В источнике тока из-за действием сторонних сил происходит разделение зарядов. Так как они движутся, они взаимодействуют с ионами кристаллов и электролитов и отдают им часть своей энергии. Это приводит к уменьшению силы тока, таким образом, источник тока обладает сопротивлением, которое называют внутренним r.

    Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС и полное сопротивление цепи:

    Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению

    Короткое замыкание

    При коротком замыкании, когда внешнее сопротивление стремится к нулю , сила тока в цепи определяется именно внутренним сопротивлением и может оказаться очень большой . И тогда провода могут расплавиться, что может привести к опасным последствиям.

    Примеры и разбор решения заданий:

    1. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго:

    ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ

    ФОРМУЛЫ

    Электродвижущая сила

    Сила тока

    Сопротивление

    Разность потенциалов

    Решение.

    Электродвижущая сила гальванического элемента есть величина, численно равная работе сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому.

    Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории перемещения зарядов.

    ЭДС определяется по формуле:

    Сила тока определяется по формуле:

    Сопротивление определяется по формуле:

    Разность потенциалов определяется по формуле:

    Правильный ответ:

    ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ

    ФОРМУЛЫ

    Электродвижущая сила

    Сила тока

    Сопротивление

    Разность потенциалов

    2. ЭДС батарейки карманного фонарика - 3,7 В, внутреннее сопротивление 1,5 Ом. Батарейка замкнута на сопротивление 11,7 Ом. Каково напряжение на зажимах батарейки?

    Решение:

    Напряжение рассчитывается по формуле:

    Чтобы найти силу тока применим закон Ома для полной цепи:

    Делаем расчёт:

    Ответ: U = 3,28 В.

    Закон

    Ома для простых электрических цепей, Рон Куртус

    SfC Home> Физика> Электричество>

    Рона Куртуса (от 23 октября 2019 г.)

    Закон Ома является наиболее фундаментальной формулой для простых электрических цепей . Он утверждает, что электрический ток, проходящий через проводник, прямо пропорционален разности потенциалов на проводнике. Впервые он был сформулирован в 1827 году немецким физиком Георгом Омом во время экспериментов по изучению того, насколько хорошо металлы проводят электричество.

    Закон

    Ома лучше всего демонстрируется в простой электрической цепи постоянного тока. Хотя это также относится к цепям переменного тока, необходимо учитывать другие возможные переменные.

    Связь между током, напряжением и сопротивлением в цепи позволяет вычислить одну переменную, если вы используете значения двух других.

    Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

    • Что означают параметры в уравнении?
    • Какая конфигурация схемы?
    • Как применить закон Ома?

    Этот урок ответит на эти вопросы.Полезный инструмент: Конвертация единиц



    Уравнение

    Закон

    Ома показывает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением в простой электрической цепи. Самая простая форма уравнения:

    В = ИК

    где:

    • V - напряжение в вольтах ( V )
    • I - ток в амперах или амперах ( A )
    • R - сопротивление в Ом ( Ом, - греческая буква Омега)

    Таким образом, если вы знаете ток и сопротивление, вы можете использовать формулу для определения напряжения.

    Используя алгебру, вы можете изменить порядок переменных в соответствии со своими потребностями. Например, если вы знаете напряжение и сопротивление и хотите найти ток, вы можете использовать:

    I = V / R

    Или, если вы знаете напряжение и ток и хотите найти сопротивление, вы можете использовать:

    R = V / I

    Конфигурация

    Простая электрическая цепь состоит из металлических проводов, идущих к источнику питания и от него, а также источника сопротивления, такого как резисторы или электрическая лампочка, соединенных последовательно с источником.Типичным источником питания является батарея постоянного тока, хотя также может применяться генератор постоянного или переменного тока.

    Примечание : Если цепь переменного тока включает в себя такие компоненты, как конденсаторы или катушки индуктивности, закон Ома не применяется.

    Простая цепь постоянного тока

    Используя уравнение

    Важность закона Ома заключается в том, что, если вы знаете значение двух переменных в уравнении, вы можете определить третью. Вы можете измерить любой из параметров с помощью вольтметра.Большинство вольтметров или мультиметров измеряют напряжение, ток и сопротивление как переменного, так и постоянного тока.

    Найти напряжение

    Если вам известны ток и сопротивление, вы можете найти напряжение из В = I R . Например, если ток I = 0,2 А и сопротивление R = 1000 Ом , то

    В = 0,2 А * 1000 Ом = 200 В

    Найти текущий

    Если вы знаете напряжение и сопротивление, вы можете использовать алгебру, чтобы изменить уравнение на I = V / R , чтобы найти ток.Например, если В = 110 В и R = 22000 Ом , то

    I = 110 В / 22000 Ом = 0,005 А

    Найдите сопротивление

    Если вы знаете напряжение и ток, вы можете использовать алгебру, чтобы изменить уравнение на R = V / I , чтобы найти сопротивление. Если В = 220 В и I = 5 А , то

    R = 220 В / 5 A = 44 Ом

    Сводка

    Закон Ома - это уравнение V = I R , которое показывает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением в простой электрической цепи.Он может применяться как к цепям переменного, так и к постоянному току.


    Будьте полны решимости сделать все возможное


    Ресурсы и ссылки

    Полномочия Рона Куртуса

    Сайты

    Немного истории об Ом - Краткая история

    Закон Ома - Объяснение, включая калькулятор закона Ома

    Основные электрические законы - Включает теорию схем

    Формулы электрических цепей - Уравнения высокого уровня для решения проблем

    Электроэнергетические ресурсы постоянного и переменного тока

    Физические ресурсы

    Книги

    Научитесь электричеству и электронике Стэна Гибилиско; Макгроу-Хилл; (2001) 34 доллара.95 - Руководство для профессионалов, любителей и техников, желающих изучить цепи переменного и постоянного тока


    Вопросы и комментарии

    Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если да, отправьте свой отзыв по электронной почте. Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.


    Поделиться страницей

    Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:


    Студенты и исследователи

    Веб-адрес этой страницы:
    www.school-for-champions.com/science/
    electric_ohms_law.htm

    Пожалуйста, включите его в качестве ссылки на свой веб-сайт или в качестве ссылки в своем отчете, документе или диссертации.

    Авторские права © Ограничения


    Где ты сейчас?

    Школа чемпионов

    Физические темы

    Закон Ома для простых электрических цепей

    Закон о напряжении, токе, сопротивлении, мощности и сопротивлении

    Что такое постоянный ток?

    В начальной школе мы узнали, что все состоит из атомов.Это продукт трех частиц: электронов, протонов и нейтронов. Как следует из названия, нейтрон не имеет заряда, тогда как протоны положительны, а электроны отрицательны.

    В атоме электроны, протоны и нейтроны остаются вместе в стабильном образовании, но если в результате какого-либо внешнего процесса электроны отделяются от атомов, они всегда будут стремиться осесть в предыдущем положении, таким образом, это создаст притяжение к протонам. Если мы используем эти свободные электроны и проталкиваем их внутрь проводника, образующего электрическую схему, притяжение потенциала создает разность потенциалов.

    Если поток электрона не меняет своего пути и имеет однонаправленные потоки или движения внутри цепи, он называется постоянным или постоянным током. DC Voltage - источник постоянного напряжения.

    В случае постоянного тока полярность никогда не изменится на противоположную или изменится во времени, тогда как протекание тока может меняться со временем.

    Как и на самом деле идеального состояния нет. В случае схемы, в которой текут свободные электроны, это тоже верно.Эти свободные электроны не движутся независимо, поскольку проводящие материалы не идеальны, чтобы позволить электронам свободно течь. Он действительно противодействует потоку электронов определенным правилом ограничений. В связи с этим каждая электронная / электрическая цепь состоит из трех основных индивидуальных величин, которые называются V I R.

    .
    • Напряжение (В)
    • Ток (I)
    • и сопротивление (R)

    Эти три вещи являются основными фундаментальными величинами, которые появляются почти во всех случаях, когда мы видим или описываем что-то или делаем что-то, что связано с электрикой или электроникой.Они оба хорошо связаны, но они обозначили три разные вещи в электронике или основах электротехники.

    Что сейчас?

    Как указывалось ранее, внутри схемы течет свободных разделенных электронов; этот поток электронов (заряд) называется Током . Когда источник напряжения приложен к цепи, частицы отрицательного заряда непрерывно движутся с равномерной скоростью. Этот ток измеряется в ампер в системе СИ и обозначается как I, или i. Согласно этой единице 1 Ампер - это количество электроэнергии, переносимой за 1 секунду . Базовая единица заряда - кулонов.

    1А - это 1 кулон заряда, переносимый в цепи или проводнике за 1 секунду. Итак, формула

      1A = 1 C / S  

    Где C обозначается как кулон, а S - второе.

    На практике электроны текут от отрицательного источника к положительному источнику питания, но для лучшего понимания схемы обычный поток тока предполагает, что ток течет от положительного вывода к отрицательному.

    На некоторых принципиальных схемах мы часто видим, что несколько стрелок с I или i указывают направление тока, которое является обычным потоком тока. Мы увидим использование тока на настенном распределительном щите как «Максимальный номинальный ток 10 Ампер » или в зарядном устройстве телефона «максимальный ток заряда составляет 1 Ампер » и т. Д.

    Ток также используется в качестве префикса с суб-кратным как килоампер (10 3 В), миллиампер (10 -3 А), микроампер (10 -6 А), наноампер (10 -9 А) и т. Д.

    Что такое напряжение?

    Напряжение - это разность потенциалов между двумя точками цепи. Он не сообщает о потенциальной энергии, хранящейся в виде электрического заряда в точке электроснабжения. Мы можем обозначить или измерить разницу напряжений между любыми двумя точками в узлах схемы, соединении и т. Д.

    Разница между двумя точками называется разностью потенциалов или падением напряжения.

    Это падение напряжения или разность потенциалов измеряется в вольтах с символом V или v.Больше напряжения означает большую емкость и большее удержание заряда.

    Как описано выше, источник постоянного напряжения называется постоянным напряжением. Если напряжение периодически меняется со временем, это переменное напряжение или переменный ток.

    Один вольт - это по определению единиц энергии, потребляемой одним джоулем на один электрический заряд одного кулона . Отношения, как описано

      В = потенциальная энергия / заряд 
      или 
      1V = 1 Дж / C  

    Где J обозначается как Джоуль, а C - кулон.

    Падение напряжения на один вольт возникает, когда ток силой 1 ампер проходит через сопротивление 1 Ом.

      1V = 1A / 1R  

    Где A - амперы, а R - сопротивление в омах.

    Напряжение также используется в качестве префикса с подмножеством как киловольт (10 3 В), милливольт (10 -3 В), микровольт (10 -6 В), нано-вольт (10 - 9 В) и т. Д. Напряжение также обозначается как отрицательное, так и положительное напряжение.

    Напряжение переменного тока обычно встречается в домашних розетках.В Индии это 220 В переменного тока, в США - 110 В переменного тока и т. Д. Мы можем получить постоянное напряжение, преобразовав этот переменный ток в постоянный или от батарей, солнечных панелей, различных блоков питания, а также зарядных устройств для телефонов. Мы также можем преобразовать постоянный ток в переменный с помощью инверторов.

    Очень важно помнить, что напряжение может существовать без тока, поскольку это разница напряжений между двумя точками или разность потенциалов, но ток не может течь без разницы напряжений между двумя точками.

    Что такое сопротивление?

    Как и в этом мире, нет ничего идеального, каждый материал имеет определенные характеристики, чтобы противостоять потоку электронов при выходе из него.Емкость резиста материала - это его сопротивление, которое измеряется в Ом ( Ом) или Омега . Так же, как ток и напряжение, сопротивление также имеет префикс для подмножества, например, килоом (10 3 Ом), мили-ом (10 -3 Ом), мегаом (10 6 Ом). и т. д. Сопротивление нельзя измерить отрицательным значением ; это только положительное значение.

    Сопротивление указывает, является ли материал, по которому проходит ток, хорошим проводником, означает низкое сопротивление, или плохим проводником, означает высокое сопротивление.1 Ом - очень низкое сопротивление по сравнению с 1 МОм.

    Итак, есть материалы, которые имеют очень низкое сопротивление и хорошо проводят электричество. Например, медь, золото, серебро, алюминий и т. Д. С другой стороны, есть несколько материалов, которые имеют очень высокое сопротивление, следовательно, плохие проводники электричества, такие как стекло, дерево, пластик, и из-за высокого сопротивления и плохой проводимости электричества они в основном используются для изоляции в качестве изолятора.

    Кроме того, в электронике широко используются специальные типы материалов из-за их особой способности проводить электричество между плохими и хорошими проводниками. Это полупроводники, название подразумевает его природу, полупроводник .Транзисторы, диоды, интегральные схемы выполнены с использованием полупроводников. Германий и кремний - широко используемые полупроводниковые материалы в этом сегменте.

    Как обсуждалось ранее, сопротивление не может быть отрицательным. Но сопротивление имеет два отдельных сегмента: один находится в линейном сегменте, а другой - в нелинейном сегменте. Мы можем применить специальный математический расчет, связанный с границами, для расчета резистивной способности этого линейного сопротивления, с другой стороны, нелинейное сегментированное сопротивление не имеет надлежащего определения или отношений между напряжением и током, протекающим между этими резисторами.

    Закон Ома и соотношение V-I:

    Георг Симон Ом, он же Георг Ом, немецкий физик обнаружил пропорциональную зависимость между падением напряжения, сопротивлением и током. Эта связь известна как закон Ома.

    В его открытии утверждается, что ток, проходящий через проводник, прямо пропорционален напряжению на нем. Если мы переведем этот вывод в математическую формулу, мы увидим, что

      Ток (Ампер) = Напряжение / Сопротивление
    I (Ампер) = V / R  

    Если нам известно какое-либо из двух значений этих трех сущностей, мы можем найти третье.

    Из приведенной выше формулы мы найдем три объекта, и формула будет иметь следующий вид: -

    Напряжение

    В = I x R

    На выходе будет напряжение в вольтах (В)

    Текущий

    I = V / R

    Выходной ток будет в амперах (A)

    Сопротивление

    R = V / I

    На выходе будет сопротивление в Ом ( Ом, )

    Давайте посмотрим, в чем разница между этими тремя, используя схему, в которой нагрузка представляет собой сопротивление, а амперметр используется для измерения тока, а вольтметр используется для измерения напряжения.

    На приведенном выше изображении амперметр, подключенный последовательно и подающий ток на резистивную нагрузку, с другой стороны, вольтметр, подключенный к источнику для измерения напряжения.

    Важно помнить, что амперметр должен иметь сопротивление 0, поскольку он должен обеспечивать нулевое сопротивление току, протекающему через него , и для этого идеальный амперметр 0 Ом подключается последовательно, но поскольку напряжение разность потенциалов двух узлов, вольтметр включен параллельно.

    Если мы изменим ток источника напряжения или напряжение источника напряжения или сопротивление нагрузки на источнике линейно и затем измерим единицы, мы получим следующий результат:

    На этом графике Если R = 1, то ток и напряжение увеличиваются пропорционально. V = I x 1 или V = I. Таким образом, если сопротивление фиксировано, напряжение будет увеличиваться с увеличением тока или наоборот.

    Что такое сила?

    Мощность либо создается, либо потребляется, в электронных или электрических схемах номинальная мощность используется для предоставления информации о том, сколько энергии потребляет схема, чтобы обеспечить ее надлежащий выход.

    Согласно законам природы, Энергия не может быть уничтожена, но может быть передана, например, электрическая энергия, преобразованная в механическую энергию, когда электричество приложено к двигателю, или электрическая энергия, преобразованная в тепло, когда приложена к нагревателю. Таким образом, нагревателю требуется энергия, которая является мощностью, для обеспечения надлежащего рассеивания тепла, эта мощность представляет собой номинальную мощность нагревателя при максимальной мощности.

    Мощность обозначается символом Вт и измеряется в Вт .

    Мощность - это величина, умноженная на напряжение и ток. Итак,

      P = V x I  

    Где P - мощность в ваттах, , В, - Напряжение , а I - ампер или ток .

    Он также имеет субпрефикс, такой как киловатт (10 3 Вт), мили-ватт (10 -3 Вт), мегаватт (10 6 Вт) и т. Д.

    Поскольку закон Ома V = I x R , а степенной закон равен P = V x I , мы можем поместить значение V в степенной закон, используя формулу V = I x R .Тогда степенной закон будет

      P = I * R * I
    Или
    P = I  2  R  

    Располагая то же самое, мы можем найти хотя бы одну вещь, когда другая недоступна, формулы переставлены в матрицу ниже:

    Итак, каждый сегмент состоит из трех формул. В любом из случаев , если сопротивление становится равным 0, тогда ток будет бесконечным , это называется состоянием короткого замыкания . Если Напряжение стало 0, тогда ток не существует, а мощность будет 0 , если ток стал 0, тогда цепь находится в состоянии разомкнутой цепи, где присутствует напряжение, но не ток , таким образом, снова Вт будет 0 , Если мощность равна 0, то схема не будет потреблять и производить мощность.

    Концепция электронного потока

    Текущие потоки по аттракционам заряда. На самом деле, поскольку электроны являются отрицательной частицей, они текут от отрицательной клеммы к положительной клемме источника питания. Таким образом, в реальной схеме Электронный ток течет от отрицательной клеммы к положительной клемме , но при обычном протекании тока, как мы описали ранее, мы предполагаем, что ток течет от положительной клеммы к отрицательной. На следующем изображении мы очень легко поймем течение тока.

    Каким бы ни было направление, оно не влияет на ток внутри схемы. Легче понять обычный ток, протекающий от положительного к отрицательному. Одно направление Поток тока - это постоянного тока или постоянного тока , и чередование направления называется переменным током или переменным током.

    Практические примеры

    Давайте посмотрим на два примера, чтобы лучше понять ситуацию.

    1. В этой схеме источник 12 В постоянного тока подключен к нагрузке 2 Ом, рассчитать потребляемую мощность схемы?

    В этой схеме полное сопротивление - это сопротивление нагрузки, поэтому R = 2, а входное напряжение составляет 12 В постоянного тока, поэтому V = 12 В.Ток в схеме будет

      I = V / R 
      I = 12/2 = 6 ампер  

    Поскольку мощность (Вт) = напряжение (В) x ампер (A), общая мощность будет 12 x 6 = 72 Вт.

    Мы также можем рассчитать значение без ампер.

      Мощность (Вт) = Мощность = Напряжение  2  / Сопротивление 
      Мощность = 12  2 /2 = 12 * 12/2 = 72 Вт  

    Какая бы формула ни использовалась, выход будет таким же.

    2. В этой схеме общая потребляемая мощность на нагрузке составляет 30 Вт, если мы подключим источник постоянного тока 15 В, сколько тока потребуется?

    В этой схеме полное сопротивление неизвестно. Входное напряжение питания составляет 15 В постоянного тока, поэтому V = 15 В постоянного тока, а мощность, протекающая через схему, составляет 30 Вт. Итак, P = 30 Вт. Ток в схеме будет

    .
      I = P / V
    I = 30/15 2 Ампера  

    Итак, для включения схемы на 30 Вт нам нужен источник питания постоянного тока 15 В, который способен выдавать 2 Ампера постоянного тока или более, поскольку для схемы требуется ток 2 Ампера.

    Лаборатория 3 - Цепи постоянного тока и закон Ома

    Введение

    В течение девятнадцатого века было сделано столько успехов в понимании электрической природы материи, что это было названо «веком электричества». Одно из таких достижений было сделано немецким физиком по имени Георг Симон Ом. Ом интересовался относительной проводимостью металлов и исследованием взаимосвязи между электродвижущей силой (разностью потенциалов) и током в проводнике.Взяв провода, сделанные из разных материалов, но одинаковой толщины, пропустив через эти провода ток и измерив электродвижущую силу, то есть разность потенциалов между концами проводящего провода, он смог экспериментально определить относительную проводимость некоторых металлы, такие как серебро, медь и золото. В другом эксперименте с использованием устройства, которое он построил, Ом исследовал влияние тока в проводнике на падение напряжения на проводнике.Он обнаружил, что для данного проводника падение напряжения прямо пропорционально току в проводе. Когда напряжение отображается в зависимости от тока в данном проводнике, данные могут быть сопоставлены с прямой линией, наклон которой равен сопротивлению проводника. Этот результат был опубликован в 1826 году. В знак признания работы Ома это эмпирическое соотношение носит его имя.

    Обсуждение принципов

    Закон Ома можно записать алгебраически как Δ V = RI , где Δ V , измеренное в вольтах, представляет падение потенциала или разность потенциалов на проводнике, I - ток в проводнике, измеренный в амперах, и R - сопротивление проводника, измеренное в единицах, называемых «омами», символизируемых Ω, греческой омегой в верхнем регистре.Примечание. В некоторых учебниках для разности потенциалов используется значение V , а не Δ V .

    Сопротивление и резисторы

    Сопротивление - это свойство материалов. Резисторы - это токопроводящие устройства, изготовленные из материалов, удовлетворяющих закону Ома. Если разность потенциалов на резисторе установлена ​​равной 1 вольт, и если в проводнике измеряется ток в 1 ампер, то его сопротивление определяется как 1 Ом или 1 Ом. Вместо использования тонких проводов, как Ом в своем первоначальном эксперименте, вы воспроизведете его результаты с помощью небольших цилиндрических керамических резисторов.

    Рисунок 1 : Керамические резисторы с цветовой кодировкой

    Вы заметите цветные полосы на резисторах. Эти полосы образуют код, который указывает сопротивление резистора. Позже мы обсудим, как читать этот цветовой код.

    Комбинации резисторов

    Резисторы могут быть объединены в простые схемы, которые увеличивают или уменьшают общее сопротивление в цепи. Эти схемы называются последовательными и параллельными цепями.На рис. 2 (а) показаны два резистора, соединенных последовательно, а на рис. 2 (б) показаны резисторы в параллельном расположении.

    Рисунок 2 : Последовательные и параллельные резисторы

    Для того, чтобы заряды перемещались в проводнике, должна быть разность потенциалов на проводнике, и должен быть полный путь, ведущий от источника ЭДС и обратно (на рис. 2). В последовательной схеме, показанной на рис. 2 (а), ток I в цепи проходит через каждый резистор.Если мы вычислим падение потенциала Δ V 1 на R 1 с использованием закона Ома, оно составит

    ΔV 1 = IR 1 .

    Аналогично, перепад на R 2 составляет

    ΔV 2 = IR 2 .

    Падение потенциала на обоих резисторах составляет

    ΔV = ΔV 1 + ΔV 2

    , что равно. Можно представить, что приложенное напряжение делится между двумя последовательными резисторами R 1 и R 2 .В параллельном расположении, показанном на рис. 2 (b), ток делится на переходе A и рекомбинирует на переходе B. Следовательно, ток через R 1 и R 2 будет другим. Обратите внимание, что в этом случае

    ΔV = ΔV 1 = ΔV 2 .

    То есть падение потенциала на каждом резисторе одинаково. Используя алгебру, можно получить соотношение для определения эквивалентного сопротивления R eq для резисторов, включенных последовательно и / или параллельно.

    (1)

    Серия R экв = R 1 + R 2 +. . .

    Эквивалентное сопротивление - это сумма отдельных сопротивлений.

    (2)

    Параллельный = + +. . .

    Значение , обратное эквивалентного сопротивления, является суммой обратных величин отдельных сопротивлений.

    Измерение тока и напряжения

    Амперметры используются для измерения тока, протекающего в цепи.Для этого амперметр следует подключить последовательно к тому элементу цепи, через который вы хотите измерять ток. Включение амперметра в цепь не должно влиять на протекание тока в цепи, и, следовательно, амперметры имеют очень низкое сопротивление. Вольтметры используются для измерения разности потенциалов или падения напряжения на элементе схемы. Для этого вольтметр должен быть подключен к двум точкам, в которых вы хотите измерить разность потенциалов.Другими словами, вольтметр следует подключать параллельно элементу схемы. Вольтметры не должны влиять на ток, протекающий через элемент схемы, поэтому вольтметры имеют высокое сопротивление. Это предотвращает протекание через них тока.

    Считывание кода резистора

    Сопротивление большинства керамических резисторов можно определить по цветным полосам, нанесенным на резистор. Каждый цвет представляет собой цифру от 0 до 9.
    черный 0 зеленый 5
    коричневый 1 синий 6
    красный 2 фиолетовый 7
    оранжевый 3 серый 8
    желтый 4 белый 9
    Первые две полосы указывают мантиссу числа в научной записи; третий указывает степень десяти.Четвертая полоса указывает допуск или погрешность, выраженную в процентах от значения сопротивления (золото: ± 5%, серебро: ± 10%, отсутствие четвертой полосы: ± 20%). Поэтому, чтобы знать, с какого конца резистора начинать при считывании цветового кода, полезно помнить, что 4-я полоса, если она есть, имеет металлический цвет (золотой или серебряный). Если вместо этих металлических полос присутствуют обычные цвета, иногда цветные полосы будут располагаться по-другому или располагаться ближе к одному концу резистора, чтобы помочь указать, с какого конца начинать чтение.Мы не будем касаться пятиполосных резисторов в этой лабораторной работе. Если пятая полоса присутствовала, первые три полосы указывают мантиссу, четвертая указывает степень десяти, а пятая указывает допуск (коричневый, красный, оранжевый, желтый или золотой). См. Пример на рис. 3 ниже.

    Рисунок 3 : Считывание цветового кода

    Объектив

    Цель этого эксперимента - использовать закон Ома для определения сопротивления нескольких отдельных резисторов и эквивалентного сопротивления последовательных и параллельных комбинаций.Вы будете прикладывать различные напряжения к резистору (или цепи), используя источник питания, и измерять ток I через резистор и напряжение Δ В на резисторе для каждой настройки источника питания. Из графика зависимости Δ V от I вы определите сопротивление. Вы сравните измеренное значение сопротивления со значением производителя.

    Оборудование

    • Печатная плата PASCO с двумя неизвестными резисторами
    • Источник питания постоянного тока - регулируется от 0 до 5 В
    • Два ручных мультиметра
    • Соединительные провода

    Процедура

    Распечатайте лист для этой лабораторной работы.Этот лист понадобится вам для записи ваших данных.

    Вы создадите простую цепь постоянного тока с одним резистором и измерите ток, протекающий через резистор, и разность потенциалов на нем. Из графика зависимости напряжения от тока вы определите сопротивление резистора. Повторите этот процесс со вторым неизвестным резистором. Вы будете использовать два неизвестных резистора, чтобы создать последовательную комбинацию и экспериментально определить эквивалентное сопротивление комбинации и сравнить его с теоретическим эквивалентным сопротивлением.Вы подключите два резистора параллельно и найдете эквивалентное сопротивление этой параллельной комбинации и сравните это эквивалентное сопротивление с теоретическим эквивалентным сопротивлением.

    Процедура A: Определение номинала резистора с использованием цветового кода

    1

    Введите цвет четырех полос для двух резисторов в Таблицу данных 1.

    2

    Определите номинал резистора для резисторов и введите эти значения в Таблицу данных 1. Вы будете использовать эти значения в качестве ожидаемых значений или значений производителя при сравнении с экспериментальными значениями.

    Контрольная точка 1:
    Попросите своего технического специалиста проверить, как вы читаете цветовой код.

    Процедура B: определение

    R 1 Чтобы определить сопротивление, вы настроите следующую схему. Вы будете использовать универсальный интерфейс Pasco в качестве регулируемого источника питания. Подключите провода от выхода интерфейса 1, как показано для источника питания, и откройте соответствующий файл Capstone для цепей постоянного тока и закона Ома.

    Рисунок 4a

    Рисунок 4b : Принципиальная схема для процедуры A

    На рис. 4а показана принципиальная электрическая схема и схема подключения одного резистора последовательно с источником питания и амперметром. На рис. 4а мультиметр представлен как амперметр, а мультиметр - как вольтметр. Вы будете использовать печатную плату, показанную на рис. 5 ниже. Точки подключения пронумерованы на схеме печатной платы, показанной на рис.5 (б). Обращайтесь к этим номерам при подключении к каждой части лаборатории.

    Рисунок 5 : Фотография и схема печатной платы

    На рис. 6 ниже показаны подключения каждого отдельного резистора с помощью печатной платы. Для наглядности соединительные провода на этой и других последующих схемах нарисованы разными цветами. Эти цвета не соответствуют истинным цветам соединительных проводов, которые вы будете использовать.

    Рисунок 6 : Принципиальная схема резистора 100 Ом

    3

    Убедитесь, что питание отключено.

    4

    Подключите схему, показанную на рис. 6, для резистора 100 Ом. Меры предосторожности : Если мультиметры не установлены на правильную шкалу, это может привести к их повреждению. Перед тем, как включить источник питания, ТА должен проверить вашу цепь.

    Контрольная точка 2:
    Попросите своего технического специалиста проверить вашу схему и настройки мультиметра.

    5

    Установите источник питания на 3 В.Запишите показания амперметра и вольтметра на листе. Запишите фактическое показание вольтметра, а не значение на источнике питания, поскольку эти два показания могут немного отличаться.

    6

    Увеличивайте выходную мощность источника питания с шагом в 1 вольт и запишите показания амперметра и вольтметра на своем листе, чтобы получить в общей сложности пять различных показаний вольтметра.

    7

    Постройте график Δ V по сравнению с I с помощью Excel. См. Приложение G.

    8

    Используйте опцию линии тренда в Excel, чтобы получить наиболее подходящую линию и определить сопротивление по наклону графика.См. Приложение H.

    9

    Вычислите ошибку в процентах между значением сопротивления, указанным производителем (из таблицы данных 1), и экспериментальным значением. См. Приложение Б.

    Контрольная точка 3:
    Попросите своего технического специалиста проверить вашу диаграмму, расчеты и график Excel, прежде чем продолжить.

    Процедура C: определение

    R 2

    10

    Отключите первый резистор и подключите второй резистор, как показано на рис.7.

    Рисунок 7 : Принципиальная схема резистора 33 Ом

    11

    Повторите шаги с 5 по 9 для этого второго резистора и заполните таблицу данных 3 на рабочем листе.

    12

    Вычислите ошибку в процентах между значением сопротивления, указанным производителем (из таблицы данных 1), и экспериментальным значением.

    Контрольная точка 4:
    Попросите технического специалиста проверить вашу диаграмму, расчеты и график Excel, прежде чем продолжить.

    Процедура D: Определение эквивалентного сопротивления - последовательное расположение

    13

    Соедините два резистора, которые вы использовали ранее, последовательно. Подключите один мультиметр последовательно с двумя резисторами, чтобы измерить ток, протекающий в цепи. См. Рис.8.

    Рисунок 8 : Подключения последовательной цепи

    Другой мультиметр вы будете использовать в качестве вольтметра для измерения разности потенциалов в последовательной комбинации (как показано на рис.8), а затем на каждом отдельном резисторе R, , 1, и R, , , 2, . См. Рис. 9 и 10 ниже.

    Рисунок 9 : Измерение разности потенциалов на резисторе 100 Ом

    Рисунок 10 : Измерение разности потенциалов на резисторе 33 Ом

    Контрольная точка 5:
    Попросите своего технического специалиста проверить вашу цепь, прежде чем продолжить.

    14

    Установите источник питания на 3 В. Запишите показания вольтметра для комбинации и показания амперметра в первых двух столбцах таблицы данных 4 на рабочем листе.

    15

    Измерьте Δ V 1 и Δ V 2 , потенциал падает на R 1 и R 2 , соответственно. Введите их в столбцы 3 и 4 таблицы данных 4 на рабочем листе.

    16

    Повторите шаги 14 и 15 для еще четырех показаний источника питания.

    17

    Используйте первые два столбца таблицы данных 4, чтобы построить график в Excel и определить эквивалентное сопротивление комбинации серий по наклону графика.

    19

    Вычислите погрешность в процентах между измеренным и рассчитанным значениями эквивалентного сопротивления. Запишите это на листе.

    20

    Используйте данные в столбцах 3 и 4 таблицы данных 4, чтобы определить полное напряжение в последовательной комбинации.Введите эти значения в ту же таблицу данных.

    21

    Сравните измеренное и рассчитанное полное падение напряжения на последовательной комбинации, вычислив процентную разницу между двумя значениями. Запишите их в Таблицу данных 4.

    Контрольная точка 6:
    Попросите технического специалиста проверить вашу диаграмму, расчеты и график Excel, прежде чем продолжить.

    Процедура E: Определение эквивалентного сопротивления - параллельное расположение

    22

    Подключите два резистора, которые вы использовали ранее, параллельно.Подключите вольтметр, чтобы измерить разность потенциалов в параллельной комбинации. См. Рис. 11 ниже.

    Рисунок 11 : Подключение параллельной цепи

    Вы будете использовать второй мультиметр в качестве амперметра для измерения тока I , вытекающего из источника питания, а также I 1 и I 2 , токов, протекающих через R 1 и R 2 соответственно.Для этого сначала последовательно подключите амперметр к источнику питания (как на рис. 11) для измерения I . Затем отсоедините амперметр и подключите его сначала последовательно с R 1 (см. Рис. 12), а затем последовательно с R 2 (см. Рис. 13) для измерения I 1 и I 2 .

    Рисунок 12 : Измерение тока через резистор 100 Ом

    Рисунок 13 : Измерение тока через резистор 33 Ом

    Контрольная точка 7:
    Попросите своего технического специалиста проверить вашу цепь, прежде чем продолжить.

    23

    Установите источник питания на 3 В. Запишите показания вольтметра в первом столбце таблицы данных 5 на рабочем листе.

    24

    Измерьте I , I 1 и I 2 , токи, протекающие от источника питания, и через R 1 и R 2 , соответственно. Введите их в столбцы 2, 3 и 4 таблицы данных 5 на рабочем листе.

    25

    Повторите шаги 23 и 24 для еще четырех показаний источника питания.

    26

    Используйте первые два столбца таблицы данных 5 для построения графика. Затем используйте параметр линии тренда в Excel, чтобы нарисовать наиболее подходящую линию и определить эквивалентное сопротивление по наклону графика.

    28

    Вычислите погрешность в процентах между измеренным и рассчитанным значениями эквивалентного сопротивления. Запишите это на листе.

    29

    Используйте данные в столбцах 3 и 4 таблицы данных 5, чтобы определить общий ток, протекающий через комбинацию.Введите эти значения в ту же таблицу данных.

    30

    Сравните измеренный и рассчитанный полный ток в цепи, вычислив процентную разницу между двумя значениями. Запишите их в Таблицу данных 5.

    Контрольная точка 8:
    Попросите технического специалиста проверить вашу диаграмму, расчеты и график Excel, прежде чем продолжить.

    Авторские права © 2012 Advanced Instructional Systems, Inc.и государственный университет Северной Каролины | Кредиты

    онлайн-курсов PDH. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

    «Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экологичность или экономия энергии

    курсов. "

    Russell Bailey, P.E.

    Нью-Йорк

    "Это укрепило мои текущие знания и научило меня еще нескольким новым вещам

    , чтобы познакомить меня с новыми источниками

    информации."

    Стивен Дедак, П.Е.

    Нью-Джерси

    «Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

    .

    очень быстро отвечает на вопросы.

    Это было на высшем уровне. Будет использовать

    снова. Спасибо. "

    Blair Hayward, P.E.

    Альберта, Канада

    "Простой в использовании сайт.Хорошо организовано. Я действительно буду снова пользоваться вашими услугами.

    проеду по вашей роте

    имя другим на работе. "

    Roy Pfleiderer, P.E.

    Нью-Йорк

    "Справочные материалы были превосходными, и курс был очень информативным, особенно с учетом того, что я думал, что я уже знаком.

    с деталями Канзас

    Городская авария Хаятт."

    Майкл Морган, P.E.

    Техас

    «Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Я нашел класс

    .

    информативно и полезно

    на моей работе »

    Вильям Сенкевич, П.Е.

    Флорида

    «У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны.Вы

    - лучшее, что я нашел ».

    Russell Smith, P.E.

    Пенсильвания

    "Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на просмотр

    материал "

    Jesus Sierra, P.E.

    Калифорния

    "Спасибо, что позволили мне просмотреть неправильные ответы.На самом деле

    человек узнает больше

    от отказов »

    John Scondras, P.E.

    Пенсильвания

    «Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным.

    способ обучения. "

    Джек Лундберг, P.E.

    Висконсин

    «Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; i.е., позволяя

    студент, оставивший отзыв по курсу

    материалов до оплаты и

    получение викторины. "

    Арвин Свангер, П.Е.

    Вирджиния

    "Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и

    получил огромное удовольствие "

    Mehdi Rahimi, P.E.

    Нью-Йорк

    "Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.

    на связи

    курсов."

    Уильям Валериоти, P.E.

    Техас

    "Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее наглядное представление о

    обсуждаемых тем »

    Майкл Райан, P.E.

    Пенсильвания

    "Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь."

    Джеральд Нотт, П.Е.

    Нью-Джерси

    "Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было

    информативно, выгодно и экономично.

    Я очень рекомендую

    всем инженерам »

    Джеймс Шурелл, П.Е.

    Огайо

    «Я понимаю, что вопросы относятся к« реальному миру »и имеют отношение к моей практике, и

    не на основании какой-то неясной секции

    законов, которые не применяются

    по «нормальная» практика."

    Марк Каноник, П.Е.

    Нью-Йорк

    «Отличный опыт! Я многому научился, чтобы перенести его на свой медицинский прибор.

    организация "

    Иван Харлан, П.Е.

    Теннесси

    «Материалы курса имели хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

    Юджин Бойл, П.E.

    Калифорния

    "Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,

    а онлайн-формат был очень

    Доступно и просто

    использовать. Большое спасибо. "

    Патрисия Адамс, P.E.

    Канзас

    "Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата."

    Joseph Frissora, P.E.

    Нью-Джерси

    «Должен признаться, я действительно многому научился. Помогает напечатанная викторина во время

    обзор текстового материала. Я

    также оценил просмотр

    Предоставлено фактических случаев »

    Жаклин Брукс, П.Е.

    Флорида

    "Документ" Общие ошибки ADA при проектировании объектов "очень полезен.Модель

    испытание потребовало исследований в

    документ но ответы были

    в наличии. "

    Гарольд Катлер, П.Е.

    Массачусетс

    "Я эффективно использовал свое время. Спасибо за широкий выбор вариантов

    в транспортной инженерии, которая мне нужна

    для выполнения требований

    Сертификат ВОМ."

    Джозеф Гилрой, П.Е.

    Иллинойс

    «Очень удобный и доступный способ заработать CEU для моих требований PG в Делавэре».

    Ричард Роудс, P.E.

    Мэриленд

    «Я многому научился с защитным заземлением. Пока все курсы, которые я прошел, были отличными.

    Надеюсь увидеть больше 40%

    курсов со скидкой."

    Кристина Николас, П.Е.

    Нью-Йорк

    "Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду возможности сдать еще

    курсов. Процесс прост, и

    намного эффективнее, чем

    вынуждены путешествовать. "

    Деннис Мейер, P.E.

    Айдахо

    «Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов

    Инженеры получат блоки PDH

    в любое время.Очень удобно »

    Пол Абелла, P.E.

    Аризона

    «Пока все отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня мало

    время исследовать где на

    получить мои кредиты от. "

    Кристен Фаррелл, П.Е.

    Висконсин

    «Это было очень познавательно и познавательно.Легко для понимания с иллюстрациями

    и графики; определенно делает это

    проще поглотить все

    теорий. "

    Виктор Окампо, P.Eng.

    Альберта, Канада

    "Хороший обзор принципов работы с полупроводниками. Мне понравилось пройти курс по

    .

    мой собственный темп во время моего утром

    на метро

    на работу."

    Клиффорд Гринблатт, П.Е.

    Мэриленд

    "Просто найти интересные курсы, скачать документы и взять

    викторина. Я бы очень рекомендовал

    вам на любой PE, требующий

    CE единиц. "

    Марк Хардкасл, П.Е.

    Миссури

    «Очень хороший выбор тем из многих областей техники."

    Randall Dreiling, P.E.

    Миссури

    «Я заново узнал то, что забыл. Я также рад оказать финансовую помощь

    по ваш промо-адрес электронной почты который

    пониженная цена

    на 40%. "

    Конрадо Казем, П.E.

    Теннесси

    «Отличный курс по разумной цене. Воспользуюсь вашими услугами в будущем».

    Charles Fleischer, P.E.

    Нью-Йорк

    "Это был хороший тест и фактически подтвердил, что я прочитал профессиональную этику

    кодов и Нью-Мексико

    правил. "

    Брун Гильберт, П.E.

    Калифорния

    «Мне очень понравились занятия. Они стоили потраченного времени и усилий».

    Дэвид Рейнольдс, P.E.

    Канзас

    "Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

    при необходимости дополнительных

    Сертификация . "

    Томас Каппеллин, П.E.

    Иллинойс

    "У меня истек срок действия курса, но вы все же выполнили свое обязательство и дали

    мне то, за что я заплатил - много

    оценено! "

    Джефф Ханслик, P.E.

    Оклахома

    "CEDengineering предоставляет удобные, экономичные и актуальные курсы.

    для инженера »

    Майк Зайдл, П.E.

    Небраска

    "Курс был по разумной цене, а материалы были краткими и

    хорошо организовано. "

    Glen Schwartz, P.E.

    Нью-Джерси

    «Вопросы подходили для уроков, а материал урока -

    .

    хороший справочный материал

    для деревянного дизайна. "

    Брайан Адамс, П.E.

    Миннесота

    "Отлично, я смог получить полезные рекомендации по простому телефонному звонку."

    Роберт Велнер, P.E.

    Нью-Йорк

    «У меня был большой опыт работы в прибрежном строительстве - проектирование

    Строительство курс и

    очень рекомендую ."

    Денис Солано, P.E.

    Флорида

    "Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики Нью-Джерси были очень хорошими

    хорошо подготовлен. "

    Юджин Брэкбилл, P.E.

    Коннектикут

    «Очень хороший опыт. Мне нравится возможность загружать учебные материалы на

    .

    обзор везде и

    всякий раз."

    Тим Чиддикс, P.E.

    Колорадо

    «Отлично! Сохраняю широкий выбор тем на выбор».

    Уильям Бараттино, P.E.

    Вирджиния

    «Процесс прямой, никакой ерунды. Хороший опыт».

    Тайрон Бааш, П.E.

    Иллинойс

    "Вопросы на экзамене были зондирующими и продемонстрировали понимание

    материала. Полная

    и комплексное. "

    Майкл Тобин, P.E.

    Аризона

    "Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предложили этот курс

    поможет по моей линии

    работ."

    Рики Хефлин, П.Е.

    Оклахома

    «Очень быстро и легко ориентироваться. Я определенно буду использовать этот сайт снова».

    Анджела Уотсон, П.Е.

    Монтана

    «Легко выполнить. Нет путаницы при подходе к сдаче теста или записи сертификата».

    Кеннет Пейдж, П.E.

    Мэриленд

    "Это был отличный источник информации о солнечном нагреве воды. Информативный

    и отличный освежитель ».

    Luan Mane, P.E.

    Conneticut

    "Мне нравится подход к регистрации и возможность читать материалы в автономном режиме, а затем

    Вернись, чтобы пройти викторину "

    Алекс Млсна, П.E.

    Индиана

    «Я оценил объем информации, предоставленной для класса. Я знаю

    это вся информация, которую я могу

    использование в реальных жизненных ситуациях »

    Натали Дерингер, P.E.

    Южная Дакота

    "Обзорные материалы и образец теста были достаточно подробными, чтобы позволить мне

    успешно завершено

    курс."

    Ира Бродская, П.Е.

    Нью-Джерси

    "Веб-сайт прост в использовании, вы можете скачать материал для изучения, а потом вернуться

    и пройдите викторину. Очень

    удобно а на моем

    собственный график "

    Майкл Гладд, P.E.

    Грузия

    "Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет."

    Деннис Фундзак, П.Е.

    Огайо

    "Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

    Сертификат

    . Спасибо за создание

    процесс простой. »

    Fred Schaejbe, P.E.

    Висконсин

    «Опыт положительный.Быстро нашел курс, который соответствовал моим потребностям, и прошел

    один час PDH в

    один час. "

    Стив Торкильдсон, P.E.

    Южная Каролина

    "Мне понравилась возможность скачать документы для проверки содержания

    и пригодность, до

    имея для оплаты

    материал ."

    Ричард Вимеленберг, P.E.

    Мэриленд

    «Это хорошее напоминание об ЭЭ для инженеров, не занимающихся электричеством».

    Дуглас Стаффорд, П.Е.

    Техас

    "Всегда есть возможности для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

    процесс, которому требуется

    улучшение."

    Thomas Stalcup, P.E.

    Арканзас

    "Мне очень нравится удобство участия в викторине онлайн и получение сразу

    Сертификат

    . "

    Марлен Делани, П.Е.

    Иллинойс

    "Учебные модули CEDengineering - это очень удобный способ доступа к информации по телефону

    .

    многие различные технические зоны за пределами

    по своей специализации без

    надо путешествовать."

    Гектор Герреро, П.Е.

    Грузия

    Закон

    Ома: что это такое и почему это важно?

    Обновлено 28 декабря 2020 г.

    Ли Джонсон

    Электрические цепи повсеместно встречаются в нашей повседневной жизни. От сложных интегральных схем, управляющих устройством, которое вы читаете в этой статье, до проводки, которая позволяет вам включать и выключать лампочку в вашем доме, вся ваша жизнь была бы радикально другой, если бы вы не были окружены цепями повсюду. Ваш ход.

    Но большинство людей на самом деле не изучают мельчайших деталей того, как работают схемы, и довольно простые уравнения, такие как закон Ома, которые объясняют взаимосвязь между ключевыми понятиями, такими как электрическое сопротивление, напряжение и электрический ток. Однако более глубокое погружение в физику электроники может дать вам гораздо более глубокое понимание основных правил, лежащих в основе большинства современных технологий.

    Что такое закон Ома?

    Закон Ома - одно из самых важных уравнений, когда дело доходит до понимания электрических цепей, но если вы собираетесь его понять, вам понадобится хорошее понимание основных понятий, которые он связывает: напряжение , ток и сопротивление .Закон Ома - это просто уравнение, которое описывает соотношение между этими тремя величинами для большинства проводников.

    Напряжение - это наиболее часто используемый термин для обозначения разности электрических потенциалов между двумя точками, который обеспечивает «толчок», который позволяет электрическому заряду перемещаться по проводящей петле.

    Электрический потенциал - это форма потенциальной энергии, подобная гравитационной потенциальной энергии, и определяется как электрическая потенциальная энергия на единицу заряда. Единицей измерения напряжения в системе СИ является вольт (В), а 1 В = 1 Дж / Кл, или один джоуль энергии на кулон заряда.Иногда ее также называют электродвижущей силой , или ЭДС.

    Электрический ток - это скорость протекания электрического заряда через заданную точку в цепи, в системе СИ единицей измерения является ампер (А), где 1 А = 1 Кл / с (один кулон заряда в секунду). Он имеет форму постоянного (DC) и переменного (AC) тока, и хотя постоянный ток проще, цепи переменного тока используются для подачи энергии в большинство домашних хозяйств по всему миру, потому что его проще и безопаснее передавать на большие расстояния.

    Последняя концепция, которую вам нужно понять, прежде чем приступить к рассмотрению закона Ома, - это сопротивление, которое является мерой сопротивления току, протекающему в цепи. Единицей измерения сопротивления в системе СИ является ом (в котором используется греческая буква омега, Ом), где 1 Ом = 1 В / А.

    Уравнение закона Ома

    Немецкий физик Георг Ом описал взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением в своем одноименном уравнении. Формула закона Ома:

    В = IR

    , где В, - напряжение или разность потенциалов, I - величина тока, а сопротивление R - окончательная величина.

    Уравнение можно легко переформулировать, чтобы получить формулу для расчета тока на основе напряжения и сопротивления или сопротивления на основе тока и напряжения. Если вам неудобно переставлять уравнения, вы можете найти треугольник закона Ома (см. Раздел "Ресурсы"), но это довольно просто для любого, кто знаком с основными правилами алгебры.

    Ключевыми моментами, которые показывает уравнение закона Ома, является то, что напряжение прямо пропорционально электрическому току (поэтому, чем выше напряжение, тем выше ток), и этот ток обратно пропорционален сопротивлению (поэтому чем выше сопротивление, тем ниже ток). электрический ток).

    Вы можете использовать аналогию с потоком воды, чтобы запомнить ключевые моменты, которые основаны на трубе с одним концом на вершине холма и одним концом внизу. Напряжение похоже на высоту холма (более крутой и высокий холм означает большее напряжение), текущий поток похож на поток воды (вода течет быстрее по крутому склону), а сопротивление похоже на трение между сторонами трубы. и вода (более тонкая труба создает большее трение и снижает скорость потока воды, как более высокое сопротивление для электрического тока).

    Почему важен закон Ома?

    Закон Ома жизненно важен для описания электрических цепей, поскольку он связывает напряжение с током, а значение сопротивления регулирует взаимосвязь между ними. Из-за этого вы можете использовать закон Ома для управления величиной тока в цепи, добавляя резисторы, чтобы уменьшить ток, и снимая их, чтобы увеличить величину тока.

    Его также можно расширить, чтобы описать электрическую мощность (скорость потока энергии в секунду), потому что мощность P = IV, и поэтому вы можете использовать ее, чтобы гарантировать, что ваша схема обеспечивает достаточно энергии, например, для 60-ваттного прибора.

    Для студентов-физиков наиболее важным в законе Ома является то, что он позволяет анализировать принципиальные схемы, особенно в сочетании с законами Кирхгофа, которые следуют из него.

    Закон Кирхгофа по напряжению гласит, что падение напряжения вокруг любого замкнутого контура в цепи всегда равно нулю, а закон тока утверждает, что величина тока, протекающего в переходе или узле в цепи, равна величине, вытекающей из Это. Вы можете использовать закон Ома с законом напряжения, в частности, для расчета падения напряжения на любом компоненте схемы, что является общей проблемой, возникающей в классах электроники.

    Примеры закона Ома

    Вы можете использовать закон Ома, чтобы найти любую неизвестную величину из трех, при условии, что вам известны две другие величины для рассматриваемой электрической цепи. Работа с некоторыми базовыми примерами показывает, как это делается.

    Во-первых, представьте, что у вас есть 9-вольтовая батарея, подключенная к цепи с общим сопротивлением 18 Ом. Сколько тока течет при подключении цепи? Изменив закон Ома (или используя треугольник), вы можете найти:

    \ begin {align} I & = \ frac {V} {R} \\ & = \ frac {9 \ text {V}} {18 \ текст {Ω}} \\ & = 0.5 \ text {A} \ end {align}

    Итак, по цепи течет ток 0,5 ампер. Теперь представьте, что это идеальная величина тока для компонента, который вы хотите запитать, но у вас есть только батарея на 12 В. Какое сопротивление вы должны добавить, чтобы убедиться, что компонент получает оптимальную силу тока? Опять же, вы можете переставить закон Ома и решить его, чтобы найти ответ:

    \ begin {align} R & = \ frac {V} {I} \\ & = \ frac {12 \ text {V}} {0.5 \ text {A}} \\ & = 24 \ text {Ω} \ end {align}

    Итак, вам понадобится резистор 24 Ом для завершения вашей схемы.Наконец, каково падение напряжения на резисторе 5 Ом в цепи с током 2 А, протекающим через нее? На этот раз стандартная форма закона V = IR работает нормально:

    \ begin {выровнено} V & = IR \\ & = 2 \ text {A} × 5 \ text {Ω} \\ & = 10 \ text {V} \ end {align}

    Омические и неомические резисторы

    Вы можете использовать закон Ома в огромном количестве ситуаций, но есть ограничения на его применимость - это не действительно фундаментальный закон физики. .Закон описывает линейную зависимость между напряжением и током, но эта зависимость сохраняется только в том случае, если резистор или резистивный элемент цепи, с которым вы работаете, имеет постоянное сопротивление при различных значениях напряжения В и тока I .

    Материалы, которые подчиняются этому правилу, называются омическими резисторами, и хотя большинство физических проблем связано с омическими резисторами, вы знакомы со многими неомическими резисторами из своей повседневной жизни.

    Лампочка - прекрасный пример неомического резистора.Когда вы строите график зависимости В от I для омических резисторов, он показывает полностью прямолинейную зависимость, но если вы сделаете это для чего-то вроде лампочки, ситуация изменится. По мере того как нить накала в лампе нагревается, сопротивление лампы увеличивается на , что означает, что график становится кривой, а не прямой линией, и закон Ома не действует.

    Закон

    Ом - обзор

    8.2.2 Паразитная емкость

    Закон Ома, как указано в уравнении.(8.1) не выполняется, когда модель устройства включает реактивные (емкостные или индуктивные) компоненты и учитываются изменяющиеся во времени напряжения / токи. В таких случаях обобщенная форма закона Ома, показанная в формуле. (8.4) описывает взаимосвязь между напряжением и током через понятие электрического импеданса Z .

    (8.4) V = ZIwithZ = R + jX

    Электрический импеданс Z представлен комплексным числом, действительной частью которого является сопротивление R , как определено ранее, тогда как мнимая часть X , называемое реактивным сопротивлением, учитывает реактивные эффекты.

    Некоторые датчики несут информацию об измеряемых величинах как в резистивных, так и в реактивных составляющих импеданса, поэтому интерфейсные схемы должны иметь возможность выполнять одновременную оценку R и X . С другой стороны, если полезная информация содержится только в резистивном компоненте, как это обычно бывает с резистивными датчиками, реактивный компонент считается паразитным элементом, влияние которого следует минимизировать.

    При работе с резистивными датчиками обычно основной паразитный вклад носит емкостной характер.В отличие от неидеальности большинства компонентов схемы, эти емкостные эффекты не могут быть компенсированы правильной калибровкой схемы, поскольку они зависят от конкретного датчика и условий эксплуатации. Если не принять во внимание надлежащим образом, такие эффекты могут вызвать ошибки в оценке сопротивления, как будет разъяснено в следующих разделах.

    Одна из наиболее распространенных причин возникновения паразитных емкостных эффектов связана с производством датчиков. Если эффект обнаружения достигается определенными явлениями, происходящими на поверхности датчика (например,g., с фотодетекторами и датчиками газа), обычный способ улучшить чувствительность датчика - это максимизировать поверхностные эффекты путем реализации метода, основанного на встречно-штыревых электродах, показанном на рис. 8.3. К сожалению, эта структура приводит к увеличению паразитной емкости C ee между электродами, как показано на рис. 8.3, которая становится еще более заметной по мере повторения встречно-штыревой структуры (Polese et al., 2017).

    Рисунок 8.3. Паразитно-емкостный эффект в датчиках с встречно-штыревыми электродами.

    Другая ситуация, в которой появляются паразитные емкостные эффекты, характерна для газовых датчиков. Некоторые устройства для измерения газа должны работать при гораздо более высокой температуре, чем температура окружающей среды, и по этой причине они обычно снабжены встроенной нитью накала R h , которая действует как нагреватель (Samà et al. , 2017). Нить накала нагревателя представляет собой проводник, реализованный на той же подложке чувствительного компонента R s и разделенный диэлектрическим материалом, который электрически изолирует два компонента датчика.Однако небольшой размер реализованных устройств заставляет эти два компонента взаимодействовать друг с другом из-за емкостных эффектов, как показано на рис. 8.4.

    Рисунок 8.4. Паразитно-емкостный эффект в газовых сенсорах со встроенной нитью нагревателя.

    Помимо этих возможных внутренних источников, емкостные эффекты могут возникать из-за внешних причин, таких как соединение между датчиком и измерительной системой, как показано на рис. 8.5. Фактически, разъемы и провода, используемые для соединения датчика с электронной схемой, демонстрируют распределенную емкостную характеристику C c , которая, с точки зрения приборов, наблюдается параллельно датчику.

    Рисунок 8.5. Паразитно-емкостный эффект из-за связи датчика с измерительной системой.

    Расчет общего емкостного паразитного эффекта далеко не прост и часто требует полного понимания характеристик датчика, в том числе на микроскопическом уровне. По этой причине, когда необходимо учитывать паразитную емкость, обычно рассматривается упрощенная модель датчика, где паразитный конденсатор C с представлен параллельно с сопротивлением датчика R с , с учетом всех возможных емкостных паразитных эффектов.Упрощенная модель датчика, используемая в следующих разделах, показана на рис. 8.6.

    Рисунок 8.6. Упрощенная модель резистивного датчика с учетом паразитно-емкостных эффектов.

    Следует отметить, что, когда R s очень большое (напоминающее поведение, связанное с разомкнутой цепью) C s может преобладать, что приводит к значительным ошибкам в оценке сопротивления . В этих случаях (например,g., при работе с датчиками МОХ), интерфейсные схемы должны быть спроектированы так, чтобы ограничить это явление.

    сопротивление - я думал, что понял основы цепей постоянного тока и закон Ома, но теперь я запутался

    Я знаю формулу R = V / I, поэтому сопротивление прямо пропорционально напряжению и обратно пропорционально току. Значит, если я увеличу сопротивление, напряжение тоже возрастет?

    Мы используем наши математические уравнения, чтобы описывать , а не диктовать , что происходит в физическом мире.

    Позвольте мне подойти к этому более абстрактно, поскольку в прошлом у меня были подобные затруднения.

    Предположим, я дал вам следующее уравнение: A = B / C. Затем я даю вам несколько чисел, которые можно использовать в уравнении: А = 2, В = 4, С = 2. Итак, теперь у нас есть 2 = 4/2, что пока имеет смысл.

    Затем я говорю вам, что A увеличилось с 2 до 4, и теперь вы должны определить, какие изменения произошли в B и / или C, которые объясняют, что A стало 4. Итак, теперь мы столкнулись с этой проблемой: А = 4 = В / С.Решить это невозможно, так как теперь у нас есть 2 неизвестных - мы больше не знаем, что такое B или C. B может быть 8, а C может быть 2, или B все еще может быть 4, а C теперь 1, или B и C - любое (бесконечное) количество дробей, результат которых равен 4.

    Что за бардак ... но погоди, что вообще такое A, B и C? И в этом-то и дело - все уравнение A = B / C описывает для вас взаимосвязь между этими загадочными переменными, которые я только что придумал, но оно не говорит вам ничего, о лежащих в основе физических явлениях, связанных с ними.

    Теперь проведем параллель с R = V / I. Предположим, мы начинаем с R = 2, V = 4, I = 2. Это дает нам R = 2 = 4/2. Теперь давайте увеличим наше сопротивление до 4. Математически мы столкнулись с той же невозможной ситуацией, описанной выше, поскольку мы не знаем, какие изменения в I и / или V привели к тому, что R стало 4.

    За исключением этого раза, мы кое-что понимаем в физическом явлении, лежащем в основе этого явления. Мы знаем, что у нас есть цепь постоянного тока, и все, что мы сделали, это заменили резистор 2 Ом на резистор 4 Ом. Итак, давайте рассмотрим два возможных результата этого:

    Вариант 1 утверждает, что после установки резистора 4 Ом наш источник напряжения стал сильнее, и теперь схема выдает вдвое больше энергии (мощность = 16 Вт).На данный момент мы триллионеры, поскольку у нас есть магические резисторы, которые создают для нас бесплатную энергию.

    К сожалению для нас, более вероятно, что возникла возможность 2: резистор 4 Ом привел к уменьшению тока вдвое, и теперь мы можем отдавать только половину энергии (мощность = 4 Вт).

    Суть в том, что у нас есть два уровня понимания для решения таких задач. Во-первых, это наше понимание цепей постоянного тока и физических явлений напряжения, сопротивления, тока и т. Д.. И, кроме того, наши математические уравнения, которые описывают отношения между этими физическими явлениями.

    Мы используем наши математические уравнения, чтобы описывать , а не диктовать , что происходит в физическом мире.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *