Содержание

Частные случаи закона ома. Основные электрические законы

Один из самых применяемых законов в электротехнике. Данный закон раскрывает связь между тремя важнейшими величинами: силой тока, напряжением и сопротивлением. Выявил эту связь Георгом Омом в 1820-е годы именно поэтому этот закон и получил такое название.

Формулировка закона Ома следующая:
Величина силы тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Эту зависимость можно выразить формулой:

Где I – сила тока, U – напряжение, приложенное к участку цепи, а R – электрическое сопротивление участка цепи.
Так, если известны две из этих величин можно легко вычислить третью.
Понять закон Ома можно на простом примере. Допустим, нам необходимо вычислить сопротивление нити накаливания лампочки фонарике и нам известны величины напряжения работы лампочки и сила тока, необходимая для ее работы (сама лампочка, чтобы вы знали имеет переменное сопротивление, но для примера примем его как постоянное).

Для вычисления сопротивления необходимо величину напряжения разделить на величину силы тока. Как же запомнить формулу закона Ома, чтобы правильно провести вычисления? А сделать это очень просто! Вам нужно всего лишь сделать себе напоминалку как на указанном ниже рисунке.
Теперь закрыв рукой любую из величин вы сразу поймете, как ее найти. Если закрыть букву I, становится ясно, что чтобы найти силу тока нужно напряжение разделить на сопротивление.
Теперь давайте разберемся, что значат в формулировке закона слова « прямо пропорциональна и обратно пропорциональна. Выражение «величина силы тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку» означает, что если на участке цепи увеличится напряжение, то и сила тока на данном участке также увеличится. Простыми словами, чем больше напряжение, тем больше ток. И выражение «обратно пропорциональна его сопротивлению» значит, что чем больше сопротивление, тем меньше будет сила тока.
Рассмотрим пример с работой лампочки в фонарике. Допустим, что для работы фонарика нужны три батарейки, как показано на схеме ниже, где GB1 – GB3 – батарейки, S1 – выключатель, HL1 – лампочка.

Примем, что сопротивление лампочки условно постоянно, хотя нагреваясь её сопротивление увеличивается. Яркость лампочки будет зависеть от силы тока, чем она больше, тем ярче горит лампочка. А теперь, представьте, что вместо одной батарейки мы вставили перемычку, уменьшив тем самым напряжение.
Что случится с лампочкой?
Она будет светить более тускло (сила тока уменьшилась), что подтверждает закон Ома:
чем меньше напряжение, тем меньше сила тока.

Вот так просто работает этот физический закон, с которым мы сталкиваемся в повседневной жизни.

Бонус специально для вас шуточная картинка не менее красочно объясняющая закон Ома.

Это была обзорная статья. Более подробно об этом законе, мы говорим в следующей статье ” “, рассматривая всё на других более сложных примерах.

Если не получается с физикой, английский для детей (http://www. anylang.ru/order-category/?slug=live_language) как вариент альтернативного развития.

Такими как электрический ток, напряжение, сопротивление и мощность. Настал черед основных электрических законов, так сказать, базиса, без знания и понимания которых невозможно изучение и понимание электронных схем и устройств.

Закон Ома

Электрический ток, напряжение, сопротивление и мощность, безусловно, между собой связаны. А взаимосвязь между ними описывается, без сомнения, самым главным электрическим законом –

законом Ома . В упрощенном виде этот закон называется: закон Ома для участка цепи. И звучит этот закон следующем образом:

«Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи».

Для практического применения формулу закона Ома можно представить в виде вот такого треугольника, который помимо основного представления формулы, поможет определить и остальные величины.

Работает треугольник следующим образом. Чтобы вычислить одну из величин, достаточно закрыть ее пальцем. Например:

В предыдущей статье мы проводили аналогию между электричеством и водой , и выявили взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Также хорошей интерпретацией закона Ома может послужить следующий рисунок, наглядно отображающий сущность закона:

На нем мы видим, что человечек «Вольт» (напряжение) проталкивает человечка «Ампера» (ток) через проводник, который стягивает человечек «Ом» (сопротивление). Вот и получается, что чем сильнее сопротивление сжимает проводник, тем тяжелее току через него проходить («сила тока обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи» – или чем больше сопротивление, тем хуже приходится току и тем он меньше). Но напряжение не спит и толкает ток изо всех сил (чем выше напряжение, тем больше ток или – «сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению»).

Когда фонарик начинает слабо светить, мы говорим – «разрядилась батарейка». Что с ней произошло, что значит разрядилась? А значит это, что напряжение батарейки снизилось и оно больше не в состоянии «помогать» току преодолевать сопротивление цепей фонарика и лампочки. Вот и получается, что чем больше напряжение – тем больше ток.

Последовательное подключение – последовательная цепь

При последовательном подключении потребителей, например обычных лампочек, сила тока в каждом потребителе одинаковая, а вот напряжение будет отличаться. На каждом из потребителей напряжение будет падать (снижаться).

А закон Ома в последовательной цепи будет иметь вид:

При последовательном соединении сопротивления потребителей складываются. Формула для расчета общего сопротивления:

Параллельное подключение – параллельная цепь

При параллельном подключении, к каждому потребителю прикладывается одинаковое напряжение, а вот ток через каждый из потребителей, в случае, если их сопротивление отличается – будет отличаться.

Закон Ома для параллельной цепи, состоящей из трех потребителей, будет иметь вид:

При параллельном соединении общее сопротивление цепи всегда будет меньше значения самого маленького отдельного сопротивления. Или еще говорят, что «сопротивление будет меньше наименьшего».

Общее сопротивление цепи, состоящей из двух потребителей, при параллельном соединении:

Общее сопротивление цепи, состоящей из трех потребителей, при параллельном соединении:


Для большего числа потребителей расчет производится исходя из того, что при параллельном соединении проводимость (величина обратная сопротивлению) рассчитывается как сумма проводимостей каждого потребителя.

Электрическая мощность

Мощность – это физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии. Рассчитывается мощность по следующей формуле:

Таким образом зная, напряжение источника и измерив потребляемый ток, мы можем определить мощность потребляемую электроприбором. И наоборот, зная мощность электроприбора и напряжение сети, можем определить величину потребляемого тока. Такие вычисления порой необходимы. Например, для защиты электроприборов используются предохранители или автоматические выключатели.

Чтобы правильно подобрать средство защиты нужно знать потребляемый ток. Предохранители, применяемые в бытовой технике, как правило подлежат ремонту и для их восстановления достаточно

Зависит величина воздействия, которое ток может оказывать на проводник, будь то тепловое, химическое или магнитное действие тока . То есть, регулируя силу тока, можно управлять его воздействием. Электрический ток , в свою очередь – это упорядоченное движение частиц под действием электрического поля .

Зависимость силы тока и напряжения

Очевидно, что чем сильнее поле действует на частицы, тем больше будет сила тока в цепи. Электрическое поле характеризуется величиной, называемой напряжением . Следовательно, мы приходит к выводу, что сила тока зависит от напряжения.

И действительно, опытным путем удалось установить, что сила тока связана с напряжением прямо пропорционально. В случаях, когда изменяли величину напряжения в цепи, не меняя всех остальных параметров, сила тока возрастала или уменьшалась во столько же раз, во сколько меняли напряжение.

Связь с сопротивлением

Однако любая цепь или участок цепи характеризуются еще одной немаловажной величиной, называемой сопротивлением электрическому току . Сопротивление связано с силой тока обратно пропорционально. Если на каком-либо участке цепи изменить величину сопротивления, не меняя напряжения на концах этого участка, сила тока также изменится. Причем если мы уменьшим величину сопротивления, то сила тока возрастет во столько же раз. И, наоборот, при увеличении сопротивления сила тока пропорционально уменьшается.

Формула закона Ома для участка цепи

Сопоставив две эти зависимости, можно прийти к такому же выводу, к которому пришел немецкий ученый Георг Ом в 1827 г. Он связал воедино три вышеуказанные физические величины и вывел закон, который назвали его именем. Закон Ома для участка цепи гласит:

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

где I – сила тока,
U – напряжение,
R – сопротивление.

Применение закона Ома

Закон Ома – один из основополагающих законов физики . Открытие его в свое время позволило сделать огромный скачок в науке. В настоящее время невозможно себе представить любой самый элементарный расчет основных электрических величин для любой цепи без использования закона Ома. Представление об этом законе – это не удел исключительно инженеров-электронщиков, а необходимая часть базовых знаний любого мало-мальски образованного человека. Недаром есть поговорка:

«Не знаешь закон Ома – сиди дома».

U=IR и R=U/I

Правда, следует понимать, что в собранной цепи величина сопротивления некоторого участка цепи есть величина постоянная, поэтому при изменении силы тока будет изменяться только напряжение и наоборот. Для изменения сопротивления участка цепи следует собрать цепь заново. Расчет же требуемой величины сопротивления при проектировании и сборке цепи можно произвести по закону Ома, исходя из предполагаемых значений силы тока и напряжения, которые будут пропущены через данный участок цепи.

Закон Ома часто называют основным законом электричества. Открывший его в 1826 г. известный немецкий физик Георг Симон Ом установил зависимость между основными физическими величинами электрической цепи – сопротивлением, напряжением и силой тока.

Электрическая цепь

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

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

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

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

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

Параметры электрической цепи

Свой знаменитый закон Ом вывел экспериментальным путём.

Проведём несложный опыт.

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

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

Если к 2 аккумуляторам добавить ещё один такой же, сила тока увеличится втрое, напряжение тоже утроится.

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

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

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

Конечно, опыт Ома был другим. В те времена не существовало амперметров, и, чтобы измерить силу тока, Ом использовал крутильные весы Кулона. Источником тока служил элемент Вольта из цинка и меди, которые находились в растворе соляной кислоты. Медные проволоки помещались в чашки со ртутью. Туда же подводились концы проводов от источника тока. Проволоки были одинакового сечения, но разной длины. За счёт этого менялась величина сопротивления. Поочерёдно включая в цепь различные проволоки, наблюдали за углом поворота магнитной стрелки в крутильных весах. Собственно, измерялась не сама сила тока, а изменение магнитного действия тока за счёт включения в цепь проволок различного сопротивления. Ом называл это «потерей силы».

Но так или иначе эксперименты учёного позволили ему вывести свой знаменитый закон.

Георг Симон Ом

Закон Ома для полной цепи

Между тем, формула, выведенная самим Омом, выглядела так:

Это не что иное, как формула закона Ома для полной электрической цепи: « Сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений внешней цепи и внутреннего сопротивления источника ».

В опытах Ома величина Х показывала изменение величины тока. В современной формуле ей соответствует сила тока I , протекающего в цепи. Величина а характеризовала свойства источника напряжения, что соответствует современному обозначению электродвижущей силы (ЭДС) ε . Значение величины l зависело от длины проводников, соединявших элементы электрической цепи. Эта величина являлась аналогией сопротивления внешней электрической цепи R . Параметр b характеризовал свойства всей установки, на которой проводился опыт. В современной обозначении это r – внутреннее сопротивление источника тока.

Как выводится современная формула закона Ома для полной цепи?

ЭДС источника равна сумме падений напряжений на внешней цепи (U ) и на самом источнике (U 1 ).

ε = U + U 1 .

Из закона Ома I = U / R следует, что U = I · R , а U 1 = I · r .

Подставив эти выражения в предыдущее, получим:

ε = I · R + I · r = I · (R + r) , откуда

По закону Ома напряжение во внешней цепи равно произведению силы тока на сопротивление. U = I · R . Оно всегда меньше, чем ЭДС источника. Разница равна величине U 1 = I · r .

Что происходит при работе батарейки или аккумулятора? По мере того, как разряжается батарейка, растёт её внутренне сопротивление. Следовательно, увеличивается U 1 и уменьшается U .

Полный закон Ома превращается в закон Ома для участка цепи, если убрать из него параметры источника.

Короткое замыкание

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

Закон Ома для переменного тока

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

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

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

I = U / R

Мощность и закон Ома

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

P = U · I = I 2 · R

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

Вместо эпилога

Небольшая подсказка для тех, кто путается и не может запомнить формулу закона Ома.

Разделим треугольник на 3 части. Причём, каким образом мы это сделаем, совершенно неважно. Впишем в каждую из них величины, входящие в закон Ома – так, как показано на рисунке.

Закроем величину, которую нужно найти. Если оставшиеся величины находятся на одном уровне, то их нужно перемножить. Если же они располагаются на разных уровнях, то величину, расположенную выше, необходимо разделить на нижнюю.

Закон Ома широко применяется на практике при проектировании электрических сетей в производстве и в быту.

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.

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.

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 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.

Разъясняем закон Ома буквально на пальцах и картинках

Всем, кто забыл, а по сути никогда и не понимал его, посвящается. Закон Ома – один из самых важных и часто используемых на практике, в электронике, в частности.

Вспоминаем формулировку закона Ома: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению,  приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна сопротивлению.
Теперь разберем эту, не самую, на первый взгляд простую, формулировку.
Первое понятие: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению,  приложенному к этому участку.
Это понять довольно несложно: прямая зависимость: чем выше прикладываем напряжение, тем большую получаем величину тока! Выше напряжение – сильнее ток!
Второе понятие: и обратно пропорциональна сопротивлению.
Тут тоже довольно понятно: чем выше сопротивление, тем ниже сила тока.    

Формула закона Ома

Легко и быстро находить нужные вам значения по этой формуле помогают такие вот подсказки, основанные на “магическом треугольнике”.    

А теперь – веселые картинки

Чтобы еще легче было понять, давайте рассмотрим его на знакомом примере из жизни – с водопроводной водой.
“Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению,  приложенному к этому участку”.
Вода – это ток. Течение – сила тока, давление воды – это напряжение, а труба – это проводник. Ясно, что чем выше мы поднимем бачок, тем выше станет давление воды (напряжение) и тем сильнее станет течение воды (сила тока).  Опусти мы бачок – уменьшится давление (напряжение) и соответственно, ниже станет течение (сила тока).
Прямая зависимость. Чем выше напряжение, тем сильнее сила тока, очень наглядно.    

Теперь проверим на жизненных реалиях вторую часть формулировки закона Ома, добавим в нашу водопроводную схему понятие сопротивления. То есть нарисуем в трубе с водой заслонку.
“Сила тока на участке цепи обратно пропорциональна сопротивлению.”
Если опускать в трубе заслонку (повышая сопротивление), она будет мешать току воды, соответственно, сила течения (сила тока) снижается.  И наоборот, при поднятии заслонки (снижая сопротивление) мы видим увеличение силы тока.
Чем выше сопротивление – тем меньше сила тока, чем ниже сопротивление, тем выше сила тока. Логично.    

Объяснение закона ома. Самый главный закон электротехники

Закон Ома выглядит настолько просто, что трудности которые пришлось преодолеть при его установлении, упускают из виду и забывают. Закон Ома нелегко проверить, и его нельзя рассматривать как очевидную истину; действительно, для многих материалов ой не выполняется.

В чем же все-таки заключаются эти трудности? Разве нельзя проверить, что дает изменение числа элементов вольтова столба, определяя ток при разном числе элементов?

Дело в том, что, когда мы берем разное число элементов, мы меняем всю цепь, ибо дополнительные элементы имеют и дополнительное сопротивление. Поэтому необходимо найти способ изменять напряжение, не меняя самой батареи. Кроме того, разный по величине ток нагревает проволоку до развой температуры, и этот эффект тоже может влиять на силу тока. Ом (1787-1854) преодолел эти трудности, воспользовавшись явлением термоэлектричества, которое открыл Зеебек (1770-1831) в 1822 г.

Явление наблюдается при нагревании спая из двух различных материалов: возбуждается небольшое напряжение, которое способно создать ток. Зеебек открыл этот эффект, экспериментируя с пластинками сурьмы и висмута, а в качестве детектора тока использовал катушку с большим числом витков, внутрь которой был вставлен маленький магнит. Зеебек наблюдал отклонение магнита только тогда, когда сжимал пластинки друг с другом руками, и вскоре понял, что эффект давало тепло его руки. Тогда он стал нагревать пластинки лампой и получил гораздо большее отклонение. Зеебек не вполне понял открытый им эффект и назвал его «магнитной поляризацией».

Ом использовал термоэлектрический эффект в качестве источника электродвижущей силы. При неизменной разности температур напряжение термоэлемента должно быть весьма стабильным, а поскольку ток мал, заметного нагрева происходить не должно. В соответствии с этими соображениями Ом изготовил прибор, который, видимо, следует считать первым настоящим прибором для исследований в области электричества. До этого использовались лишь грубые приборы.

Верхняя цилиндрическая часть прибора Ома представляет собой детектор тока – крутильные весы, ab и а”b” – термоэлементы, изготовленные из двух медных проволок, припаянных к поперечному стержню из висмута; m и m” – чашечки со ртутью, к которой можно было подключать термоэлементы. К чашечкам подсоединялся проводник, концы которого каждый раз зачищались перед тем, как погружались в ртуть.

Ом отдавал себе отчет в важном значении чистоты материалов. Ом держал спай а в кипящей воде, а спай а” опускал в смесь льда с водой и наблюдал отклонение гальванометра.

Типичную немецкую тщательность и внимательное отношение к деталям, характерные для Ома, можно противопоставить почти мальчишескому энтузиазму, который проявлял в своей работе Фарадей. В физике нужны оба подхода: последний обычно дает толчок к изучению какого-либо вопроса, а первый требуется, чтобы тщательно изучить его и на основе точных количественных результатов построить строгую теорию.

Ом использовал в качестве проводников восемь отрезков медной проволоки различной длины. Сперва ему не удалось получить воспроизводимые результаты, но неделю спустя он, очевидно, отрегулировал прибор и получил серию отсчетов для каждого из проводников. Эти отсчеты представляли собой углы закручивания нити подвеса, при которых стрелка возвращалась на нуль. Ом показал, что при надлежащем выборе постоянных А и В длина х и угол закручивания X нити связаны соотношением Х = (А / B+z)

Можно проиллюстрировать это соотношение, построив график зависимости х от 1/Х.

Ом повторил свой эксперимент с латунной проволокой и получил такой же результат при другом значении А и том же значении В. Он взял для спаев термоэлемента температуры 0 и 7,5° по Реомюру (9,4° С) и обнаружил, что регистрируемые им отклонения уменьшились примерно в 10 раз.

Таким образом, если предположить, что напряжение, которое дает прибор, пропорционально разности температур – как мы теперь знаем, это приблизительно верно,- то получается, что ток пропорционален этому напряжению. Ом показал также, что ток обратно пропорционален некоей величине, зависящей от длины проволоки. Ом назвал ее сопротивлением, и следует предположить, что величина В представляет собой сопротивление остальной части цепи.

Таким образом, Ом показал, что ток пропорционален напряжению и обратно пропорционален полному сопротивлению цепи. Это был замечательно простой результат для сложного эксперимента. Так по крайней мере должно казаться нам сейчас.

Современники Ома, в особенности его соотечественники, полагали иначе: возможно, именно простота закона Ома вызывала у них подозрение. Ом столкнулся с затруднениями в служебной карьере, испытывал нужду; особенно угнетало Ома то, что не признавались его труды. К чести Великобритании, и в особенности Королевского общества, нужно сказать, что работа Ома получила там заслуженное признание. Ом входит в число тех великих людей, имена которых часто встречаются написанными с маленькой буквы: название «ом» было присвоено единице сопротивления.

Г. Линсон “Великие эксперименты в физике”

Такими как электрический ток, напряжение, сопротивление и мощность. Настал черед основных электрических законов, так сказать, базиса, без знания и понимания которых невозможно изучение и понимание электронных схем и устройств.

Закон Ома

Электрический ток, напряжение, сопротивление и мощность, безусловно, между собой связаны. А взаимосвязь между ними описывается, без сомнения, самым главным электрическим законом – законом Ома . В упрощенном виде этот закон называется: закон Ома для участка цепи. И звучит этот закон следующем образом:

«Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи».

Для практического применения формулу закона Ома можно представить в виде вот такого треугольника, который помимо основного представления формулы, поможет определить и остальные величины.

Работает треугольник следующим образом. Чтобы вычислить одну из величин, достаточно закрыть ее пальцем. Например:

В предыдущей статье мы проводили аналогию между электричеством и водой , и выявили взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Также хорошей интерпретацией закона Ома может послужить следующий рисунок, наглядно отображающий сущность закона:

На нем мы видим, что человечек «Вольт» (напряжение) проталкивает человечка «Ампера» (ток) через проводник, который стягивает человечек «Ом» (сопротивление). Вот и получается, что чем сильнее сопротивление сжимает проводник, тем тяжелее току через него проходить («сила тока обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи» – или чем больше сопротивление, тем хуже приходится току и тем он меньше). Но напряжение не спит и толкает ток изо всех сил (чем выше напряжение, тем больше ток или – «сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению»).

Когда фонарик начинает слабо светить, мы говорим – «разрядилась батарейка». Что с ней произошло, что значит разрядилась? А значит это, что напряжение батарейки снизилось и оно больше не в состоянии «помогать» току преодолевать сопротивление цепей фонарика и лампочки. Вот и получается, что чем больше напряжение – тем больше ток.

Последовательное подключение – последовательная цепь

При последовательном подключении потребителей, например обычных лампочек, сила тока в каждом потребителе одинаковая, а вот напряжение будет отличаться. На каждом из потребителей напряжение будет падать (снижаться).

А закон Ома в последовательной цепи будет иметь вид:

При последовательном соединении сопротивления потребителей складываются. Формула для расчета общего сопротивления:

Параллельное подключение – параллельная цепь

При параллельном подключении, к каждому потребителю прикладывается одинаковое напряжение, а вот ток через каждый из потребителей, в случае, если их сопротивление отличается – будет отличаться.

Закон Ома для параллельной цепи, состоящей из трех потребителей, будет иметь вид:

При параллельном соединении общее сопротивление цепи всегда будет меньше значения самого маленького отдельного сопротивления. Или еще говорят, что «сопротивление будет меньше наименьшего».

Общее сопротивление цепи, состоящей из двух потребителей, при параллельном соединении:

Общее сопротивление цепи, состоящей из трех потребителей, при параллельном соединении:


Для большего числа потребителей расчет производится исходя из того, что при параллельном соединении проводимость (величина обратная сопротивлению) рассчитывается как сумма проводимостей каждого потребителя.

Электрическая мощность

Мощность – это физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии. Рассчитывается мощность по следующей формуле:

Таким образом зная, напряжение источника и измерив потребляемый ток, мы можем определить мощность потребляемую электроприбором. И наоборот, зная мощность электроприбора и напряжение сети, можем определить величину потребляемого тока. Такие вычисления порой необходимы. Например, для защиты электроприборов используются предохранители или автоматические выключатели. Чтобы правильно подобрать средство защиты нужно знать потребляемый ток. Предохранители, применяемые в бытовой технике, как правило подлежат ремонту и для их восстановления достаточно

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению, и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи.

Закон Ома записывается формулой:

Где: I — сила тока (А), U — напряжение (В), R — сопротивление (Ом).

Следует иметь в виду, что закон Ома является фундаментальным (основным) и может быть применён к любой физической системе, в которой действуют потоки частиц или полей, преодолевающие сопротивление. Его можно применять для расчёта гидравлических, пневматических, магнитных, электрических, световых, тепловых потоков.

Закон Ома определяет связь трех фундаментальных величин: силы тока, напряжения и сопротивления. Он утверждает, что сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Ток течет из точки с избытком электронов в точку с дефицитом электронов. Путь, по которому следует ток, называется электрической цепью. Все электрические цепи состоят из источника тока , нагрузки и проводников . Источник тока обеспечивает разность потенциалов , которая позволяет течь току. Источником тока может быть батарея, генератор или другое устройство. Нагрузка оказывает сопротивление протеканию тока . Это сопротивление может быть высоким или низким, в зависимости от назначения цепи. Ток в цепи течет через проводники от источника к нагрузке . Проводник должен легко отдавать электроны. В большинстве проводников используется медь.

Путь электрического тока к нагрузке может проходить через три типа цепей: последовательную цепь, параллельную или последовательно-параллельную цепи.Ток электронов в электрической цепи течет от отрицательного вывода источника тока, через нагрузку к положительному выводу источника тока.

Пока этот путь не нарушен, цепь замкнута и ток течет.

Однако если прервать путь, цепь станет разомкнутой и ток не сможет по ней идти.

Силу тока в электрической цепи можно изменять, изменяя либо приложенное напряжение, либо сопротивление цепи. Ток изменяется в таких же пропорциях, что и напряжение или сопротивление. Если напряжение увеличивается, то ток также увеличивается. Если напряжение уменьшается, то ток тоже уменьшается. С другой стороны, если сопротивление увеличивается, то ток уменьшается. Если сопротивление уменьшается, то ток увеличивается. Это соотношение между напряжением, силои тока и сопротивлением называется законом Ома.

Закон Ома утверждает, что ток в цепи (последовательной, параллельной или последовательно-параллельной) прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению

При определении неизвестных величин в цепи, следуйте следующим правилам:

  1. Нарисуйте схему цепи и обозначьте все известные величины.
  2. Проведите расчеты для эквивалентных цепей и перерисуйте цепь.
  3. Рассчитайте неизвестные величины.

Помните: закон Ома справедлив для любого участка цепи и может применяться в любой момент. По последовательной цепи течет один и тот же ток, а к любой ветви параллельной цепи приложено одинаковое напряжение.

История закона Ома

Георг Ом, проводя эксперименты с проводником, установил, что сила тока в проводнике пропорциональна напряжению, приложенному к его концам. Коэффициент пропорциональности назвали электропроводностью, а величину принято именовать электрическим сопротивлением проводника. Закон Ома был открыт в 1826 году.

Ниже приведены анимации схем иллюстрирующих закон Ома. Обратите внимание, что (на первой картинке) Амперметр (А) является идеальным и имеет нулевое сопротивление.

Данная анимация показывает как меняется ток в цепи при изменении приложенного напряжения.

Следующая анимация показывает как меняется сила тока в цепи при изменении сопротивления.

Один из самых применяемых законов в электротехнике. Данный закон раскрывает связь между тремя важнейшими величинами: силой тока, напряжением и сопротивлением. Выявил эту связь Георгом Омом в 1820-е годы именно поэтому этот закон и получил такое название.

Формулировка закона Ома следующая:
Величина силы тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Эту зависимость можно выразить формулой:

Где I – сила тока, U – напряжение, приложенное к участку цепи, а R – электрическое сопротивление участка цепи.
Так, если известны две из этих величин можно легко вычислить третью.
Понять закон Ома можно на простом примере. Допустим, нам необходимо вычислить сопротивление нити накаливания лампочки фонарике и нам известны величины напряжения работы лампочки и сила тока, необходимая для ее работы (сама лампочка, чтобы вы знали имеет переменное сопротивление, но для примера примем его как постоянное). Для вычисления сопротивления необходимо величину напряжения разделить на величину силы тока. Как же запомнить формулу закона Ома, чтобы правильно провести вычисления? А сделать это очень просто! Вам нужно всего лишь сделать себе напоминалку как на указанном ниже рисунке.
Теперь закрыв рукой любую из величин вы сразу поймете, как ее найти. Если закрыть букву I, становится ясно, что чтобы найти силу тока нужно напряжение разделить на сопротивление.
Теперь давайте разберемся, что значат в формулировке закона слова « прямо пропорциональна и обратно пропорциональна. Выражение «величина силы тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку» означает, что если на участке цепи увеличится напряжение, то и сила тока на данном участке также увеличится. Простыми словами, чем больше напряжение, тем больше ток. И выражение «обратно пропорциональна его сопротивлению» значит, что чем больше сопротивление, тем меньше будет сила тока.
Рассмотрим пример с работой лампочки в фонарике. Допустим, что для работы фонарика нужны три батарейки, как показано на схеме ниже, где GB1 – GB3 – батарейки, S1 – выключатель, HL1 – лампочка.

Примем, что сопротивление лампочки условно постоянно, хотя нагреваясь её сопротивление увеличивается. Яркость лампочки будет зависеть от силы тока, чем она больше, тем ярче горит лампочка. А теперь, представьте, что вместо одной батарейки мы вставили перемычку, уменьшив тем самым напряжение.
Что случится с лампочкой?
Она будет светить более тускло (сила тока уменьшилась), что подтверждает закон Ома:
чем меньше напряжение, тем меньше сила тока.

Вот так просто работает этот физический закон, с которым мы сталкиваемся в повседневной жизни.
Бонус специально для вас шуточная картинка не менее красочно объясняющая закон Ома.

Это была обзорная статья. Более подробно об этом законе, мы говорим в следующей статье ” “, рассматривая всё на других более сложных примерах.

Если не получается с физикой, английский для детей (http://www.anylang.ru/order-category/?slug=live_language) как вариент альтернативного развития.

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.


  • 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.

Закон Ома — 3 | Портал Лисси Муссы

ПЕРВЫЙ ПРИСТУП ГЕНИАЛЬНОСТИ — ТОК

— Знаю! Знаю! — девочка обезьяна выхватила карандаш и быстро начирикала смешной рисунок: пузатый человечек с несколькими руками был похож на возмущенное солнышко. Еще не закончив рисовать, девочка-обезьяна начала подпрыгивать — ее осенило, и она заорала во все горло:

— Они пихаются!!!!

Крокодилда подскочил от неожиданности и выпучил глаза на девочку-обезьяну, не понимая, о чем она так воодушевленно орет. Он попросил:

— Нарисуй мне то, что ты придумала, а то я опять не очень понимаю происходящее и чувствую себя от этого весьма неловко…

— Не дрейфь! — девочка обезьяна быстро заскользила карандашом по бумаге и скоро получилась картинка, изображающая некий коридорчик, в котором стояли пузатые «атомные» человечки и своими руками-ногами-электронами попинывали друг дружку.

— Смотри, что получается, — девочка обезьяна воодушевленно закрутила рисунок, — эти пузатые — атомы проводника. У них кулаки и башмаки — это электроны. И они друг дружку ими дубасят.

— Да-да, — подхватил Крокодилда, именно так происходит возмущение электрической цепи…

— Как ты сказал — цепи??? — у девочки-обезьяны аж дух перехватило от великой догадки и она завизжала — ЭВРИКА!!!!

Крокодилда заткнул руками уши и зажмурился — к таким бурным проявлениям эмоций он был еще не готов.

Девочка-обезьяна прыгала от радости:

— Я придумала, я придумала, ах, как здорово я все придумала! Слушай!, — она шлепнула по рукам вцепившегося в свои уши Крокодилду, — слушай меня внимательно! По твоей цепи течет не поток электронов, а волна возмущения! Вот ты видал на открытии Олимпиады всемирной — там по трибунам зрители тоже такую волну делают, только волну радости — ведь они с места не сходят и ничего не передают — просто двигаются упорядоченно, и получается — волна!

ВТОРОЙ ПРИСТУП ГЕНИАЛЬНОСТИ — СОПРОТИВЛЕНИЕ

— Ой! Еще дальше придумала: кто не хочет буцкать соседа –лень или просто неохота, или кулак жалко отбить — тот сопротивляется возмущение передавать, — вот отсюда и берется напряжение — из-за сопротивляющихся проводников-пузатиков. Они плохие проводники — у них сопротивление всеобщему движению — вот их-то Ом и контролировал!

А хороший проводник — не сопротивляется — он волну возмущения дальше передает, и сам волной становится на минуточку. И ему классно — он легко и свободно возмущается, и напряжение такое ему в радость!

Крокодилда смеялся, и девочка-обезьяна сама захихикала над своей пламенной речью.

— Хороший проводник, — продолжала она, — это тот, у кого минимальное сопротивление при любом напряжении, во как!

Девочка обезьяна вспомнила нафантазированную свою картинку с перроном и проводницей, — картинка немного преобразилась: с крыши вагона уже текла широкая струя воды, проводница подставила под нее шею, и вода рекой текла ей за шиворот, ручьем выливалась из-под шинели, и, образуя большую волнующуюся лужу, стекала на пути. Проводница явно наслаждалась процессом, во всяком случае, выглядела она так, как будто стояла у себя дома под теплым душем!

Девочка обезьяна поменяла воду потока на клюквенный морс, и проводница засмеялась от восторга и принялась языком ловить душистую кисло-сладкую струю.

— Вот как! Кто не сопротивляется, тот морсом угощается!

Проводница, улыбаясь, помахала девочке-обезьяне специальной проводниковской махалкой, с которой во все стороны полетели розовые капли.

Электроника как искусство: электрический ток / Хабр

Не влезай. Убьет! (с)

Среднестатистическая грамотность населения в области электроники и электротехники оставляет желать лучшего. Максимум, спаять схемку, а как она работает — темный лес. К сожалению, все русскоязычные учебники пестрят формулами и интегралами, от них любого человека потянет в сон. В англоязычной литературе дела обстоят несколько лучше. Попадаются довольно интересные издания, но камнем преткновения здесь уже выступает английский язык. Постараюсь изложить основные понятия по электротехнике максимально доступно, в вольном стиле, не от инженера инженеру, а от человека человеку. Сведущий читатель, возможно, тоже найдет для себя несколько интересных моментов.

Электрический ток

Пути электрического тока неисповедимы. (с) мысли из интернета

На самом деле, нет. Все так или иначе можно описать с помощью математической модели, моделирования, да даже прикинув по-быстренькому на бумажке, а некоторые уникумы делают это в голове. Кому как удобнее. На самом деле, эпиграф этой главы родился от незнания, что же такое электрический ток.


Электрический ток характеризуется несколькими параметрами. Напряжением U и током I. Конечно, все мы помним определения по физике, но мало кто понимает их значения. Начну с напряжения. Разность потенциалов или работа по перемещению заряда, как сухо и неинтересно пишут в учебниках. На самом деле, напряжение всегда измеряется между двумя точками. Оно характеризует способность создавать электрический ток между этими двумя точками. Назовем эти точки источником напряжения. Чем больше напряжение, тем больше ток. Меньше напряжения – меньше ток. Но об этом чуть позже.

Что же такое ток? Представьте аналогию русло реки – это провода, электрический ток – это скорость потока воды в реке. Тогда напряжение здесь – перепад высоты между начальной точкой реки и конечной точкой. Или напряжение – это насос гоняющий воду, если река течет в одной плоскости. Такие аналогии на начальных этапах очень помогают понять, что же происходит в электрической схеме. Но, в конечном итоге, лучше от них отказаться. Лучше представить ток как некий поток электронов. Количество заряда, перемещаемое в единицу времени. Конечно, в учебниках говорится, что де электроны движутся со скоростью несколько сантиметров в минуту и значение имеет лишь электромагнитное поле, но пока забудем про это. Итак, под током можно понимать движение электрического тока, т.е. заряда. Носители заряда, электроны, отрицательно заряжены и двигаются от отрицательного потенциала к положительному, электрический ток же имеет направление от положительного потенциала к отрицательному, от плюса к минусу, так принято для удобства и так мы будем пользоваться в дальнейшем, забыв про заряд электрона.

Конечно, сам по себе ток не появится, нужно создать напряжение между двумя точками и нужна какая-либо нагрузка для протекания тока через нее, подключенная к этим двум точками. Очень полезно знать свойство, что для протекания тока нужно два проводника: прямой, до нагрузки, и обратный, от нагрузки до источника. Например, если не замкнуты проводники источника напряжения, то тока не будет.

Что же такое источник напряжения? Представим его в виде черного ящика, имеющего как минимум два вывода для подключения. Самые простые примеры из реальной жизни: электрическая розетка, батарейка, аккумулятор и т.п.

Идеальный источник напряжения обладает неизменным напряжением при протекании через него любого значения тока. Что же будет, если замкнуть зажимы идеального источника напряжения? Потечет бесконечно большой ток. В реальности источники напряжения не могут отдать бесконечно большой ток, потому что обладают некоторым сопротивлением. Например, провода в сетевой розетке 220в от самой розетки до подстанции имеют сопротивление, пусть и малое, но довольно ощутимое. Провода от подстанций до электростанций тоже имеют сопротивление. Нельзя забывать про полное сопротивление трансформаторов и генераторов. Батарейки имеют внутреннее сопротивление, обусловленное внутренней химической реакцией, которая имеет конечную скорость протекания.

Что же такое сопротивление? Вообще, это тема довольно обширная. Возможно, опишу в одной из следующих глав. Если кратко – это параметр, связывающий ток и напряжение. Оно характеризует, какой ток потечет при приложенном напряжении к этому сопротивлению. Если говорить «водной» аналогией, то сопротивление – это дамба на пути реки. Чем меньше отверстие в дамбе – тем больше сопротивление. Эту связь описывает закон Ома: . Как говорится: «Не знаешь закон Ома, сиди дома!».

Зная закон Ома, не сидя дома, имея какой-либо источник тока с заданным напряжением и сопротивление в виде нагрузки, мы очень точно можем предсказать какой потечет ток.
Реальные источники напряжения имеют какое-то свое внутреннее напряжение и отдают некий конечный ток, называемый током короткого замыкания. При этом батареи и аккумуляторы еще и разряжаются со временем и имеют нелинейное внутреннее сопротивление. Но пока тоже забудем об этом, и вот почему. В реальных схемах удобнее проводить анализ с использованием сиюминутных мгновенных значений напряжения и тока, поэтому будем считать источники напряжения идеальными. За исключением того факта, когда потребуется посчитать максимальны ток, который способен отдать источник.

Насчет «водной» аналогии электрического тока. Как я уже писал, она не очень правдива, поскольку скорость движения реки до дамбы и после дамбы будет разным, также разным будет кол-во воды до и после дамбы. В реальных схемах электрический ток втекающий в резистор и вытекающий из него будет равен между собой. Ток по прямому проводу, к нагрузке, и по обратному проводу, от нагрузки до источника, тоже равен между собой. Ток ни откуда не берется и никуда не девается, сколько «втекло» в узел схемы, столько и «вытечет», даже если путей несколько. Например, если есть два пути протекания тока от источника, то он потечет по этим путям, при этом полный ток источника будет равен сумме двух токов. И так далее. Это и есть иллюстрация закона Кирхгофа. Это очень просто.

Также есть еще два важных правила. При параллельном соединении элементов, напряжение в каждом из элементов одинаково. Например, напряжение на резисторе R2 и R3, на рисунке выше, одинаковы, но токи могут быть разными, если резисторы имеют разные сопротивления, по закону Ома. Ток через батарейку равен току на резисторе R1 и равен сумме токов на резисторах R2 и R3. При последовательном соединении напряжения элементов складываются. Например, напряжение которое выдает батарея, т.е. ее ЭДС, равно напряжению на резисторе R1 + напряжение на резисторе R2 или R3.

Как я уже писал, напряжение измеряется всегда между двумя точками. Иногда, в литературе можно встретить: «Напряжение в точке такой-то». Это означает напряжение между этой точкой и точкой нулевого потенциала. Создать точку нулевого потенциала можно, например, заземлив схему. Обычно «землят» схему в месте самого отрицательно потенциала около источника питания, например, как на рисунке выше. Правда это бывает не всегда, да и применение нуля довольно условно, например, если нам нужно двухполярное питание +15 и -15 вольт, то «землить» надо уже не -15в, а потенциал посредине. Если же заземлить -15в, то мы получим 0, +15, +30в. См. рисунки ниже.

Заземление также применяется в качестве защитного или рабочего. Защитное заземление называют зануление. Если нарушится изоляция схемы в каком-нибудь другом участке, отличном от земли, то по нулевому проводу потечет большой ток и сработает защита, которая отключит часть схемы. Защиту мы должны предусмотреть заранее, поставив автоматический выключатель или иное устройство на пути протекания тока.

Иногда «землить» схему нельзя или невозможно. Вместо земли применяют термин общая точка или ноль. Напряжения в таких схемах указываются относительно общей точки. При этом вся схема относительно земли, т.е. нулевого потенциала может располагаться где угодно. См. рисунок.

Обычно, Xv близко к 0 вольт. Такие незаземленные схемы с одной стороны более безопасны, поскольку если человек прикоснется одновременно к схеме и земле ток не потечет, т. к. нет обратного пути протекания тока. Т.е. схема станет «заземлена» через человека. Но с другой стороны такие схемы каверзны. Если вдруг нарушится изоляция схемы от земли в какой-либо ее точке, то мы этого не узнаем. Что может быть опасно, при больших напряжениях Xv.

Вообще земля — это термин довольно обширный и расплывчатый. Есть очень много терминов и названий земли, смотря где «землить» схему. Под землей может пониматься как защитная земля, так и рабочая земля (по протеканию тока через нее при нормальной работе), как сигнальная земля, так и силовая земля (по роду тока), как аналоговая земля, так и цифровая земля (по роду сигнала). Под землей может пониматься общая точка или наоборот, под общей точкой пониматься земля или и быть ей. Также в схеме могут присутствовать все земли одновременно. Так что надо смотреть по контексту. Есть даже такая забавная картиночка в иностранной литературе, см. ниже. Но обычно земля – это схемные 0 вольт и это точка от которой измеряют потенциал схемы.

До сих пор, упоминая источник напряжения, я не касался рода этого самого напряжения. Напряжение есть меняющееся со временем и есть не меняющееся. Т.е. переменное и постоянное. Например, напряжение, меняющееся по синусоидальному закону всем хорошо знакомо, это напряжение сети 220в в бытовых розетках. С постоянным напряжением работать очень просто, мы это уже делали выше, когда рассматривали закон Кирхгофа. А что же делать с переменным напряжением и как его рассматривать?

На рисунке приведены несколько периодов переменного напряжения 220в 50Гц (синяя линия). Красная линия – постоянное напряжение 220в, для сравнения.

Определимся, сначала что такое напряжение 220в, кстати, по новому стандарту положено считать 230в. Это действующее значение напряжения. Амплитудное значение будет в корень из 2х раз выше и составит примерно 308в. Действующее значение – это такое значение напряжения, при котором за период переменного тока в проводнике выделяется столько же теплоты, сколько и при постоянном токе такого же напряжения. Выражаясь математическим языком – это среднеквадратичное значение напряжения. В английской литературе используется термин RMS, а приборы, которые измеряют истинное действующее значение имеют знак «true RMS».

На первый взгляд это может показаться неудобным, какое-то действующее значение, но это удобно для расчетов мощности без необходимости конвертации напряжения.

Переменное напряжение еще удобно рассматривать как постоянное напряжение, взятое в какой-либо точке времени. После чего проводить анализ схемы несколько раз, изменяя знак постоянного напряжение на обратный. Сначала рассмотреть работу схемы с постоянным положительным напряжением, потом, изменить знак, с положительного на отрицательный.
Для переменного напряжения также необходимо два провода. Они называются фаза и ноль. Иногда ноль заземляют. Такая система называется однофазной. Напряжение фазы измеряется относительно нуля и меняется со временем, как показано на рисунке выше. При положительной полуволне напряжения ток протекает от фазы к активной нагрузке и от нагрузки возвращается обратно по нулевому проводу. При отрицательной полуволне ток течет по нулевому проводу и возвращается по фазному.

В промышленности широко применяют трехфазную сеть. Это частный случай многофазных систем. По сути все тоже самое, что и однофазная система, только умноженная на 3, т.е. применение одновременно трех фаз и трех земель. Впервые изобретено Н. Тесла, впоследствии усовершенствовано М. О. Доливо-Добровольским. Усовершенствование состояло в том, что для передачи трехфазного электрического тока можно было выкинуть лишние провода, достаточно четырех: три фазы ABC и нулевой провод или же вовсе три фазы, отказавшись от нуля. Нулевой провод очень часто заземляют. На рисунке ниже ноль общий.

Почему же 3 фазы, и не больше, не меньше? С одной стороны, 3 фазы гарантированно создают вращающееся магнитное поле, так необходимое электрическим двигателям для вращения или получаемое от генераторов электростанций, с другой стороны это экономически выгодно с материальной точки зрения. Меньше нельзя, а больше и не нужно.

Чтобы гарантировано создавать вращающееся поле в трехфазной сети нужно чтобы фазы напряжения были сдвинуты друг относительно друга. Если принять полный период напряжения за 360 градусов, то 360/3 = 120 градусов. Т.е. напряжение каждой фазы сдвинуто относительно друг друга на 120 градусов. См. рисунок ниже.

Здесь показан график напряжения 3-х фазной сети 380в по времени. Как видно из рисунка, все тоже самое, что и с однофазной сетью, только напряжений стало больше. 380в – это так называемое линейное напряжение сети Uл, т.е. напряжение, измеряемое между двумя фазами. На рисунке показан пример нахождения мгновенного значения Uл. Оно также изменяется по синусоидальному закону. Также наряду с линейным напряжением различают фазное Uф. Оно измеряется между фазой и нулем. Фазное напряжение в данной трехфазной сети равно 220в. Под фазным и линейным напряжение, конечно же подразумевается действующее напряжение. Соотносятся линейное к фазному напряжению, как корень из трех.

Нагрузку к трехфазной сети можно подключать как угодно – к фазному напряжению: между какой-либо фазой и нулем, либо к линейному напряжению: между двумя фазами. Если нагрузка подключена к фазному напряжению, то такая схема соединения называется звездой. Она и показана выше. Если к линейному напряжения – то соединение треугольником. Если одинаковая нагрузка подключается к линейным напряжениям между всеми тремя фазами, то такие сети симметричные. Ток через нулевой провод в симметричных сетях не течет. См рис. ниже. Промышленные сети также считаются условно симметричными. Как правило ноль в таких сетях присутствует, но лишь в защитных целях. Иногда может и отсутствовать вообще. Веселая картиночка из вики наглядно иллюстрирует как протекает ток в таких сетях.

На этом кратенький обзор по электросетям и электричеству завершен. Возможно в будущем объясню на пальцах как работает диод и транзистор, что такое стабилитрон, тиристор и другие элементы. Пишите, про что вам интересно почитать.

Библиографический список

  1. Искусство схемотехники, П. Хоровиц. 2003.
  2. GROUNDS FOR GROUNDING. A Circuit-to-System Handbook, Elya B. Joffe, Kai-Sang Lock.
  3. Wiki и интернет ресурсы.

Визуализация закона Ома – EEmaginations

Приведенное выше изображение – одно из лучших изображений, которые я видел, определяя фундаментальное уравнение, связывающее напряжение, ток и сопротивление, которое мы называем законом Ома.

Закон Ома определяется как \ (V = IR \).

Хотя эта форма уравнения просто формулируется как напряжение, равное току, умноженному на сопротивление, смысл уравнения гораздо глубже. Давайте посмотрим поближе.

Сопротивление (резисторы)

В замкнутой цепи резисторы, измеряемые в Ом, в основном используются для ограничения протекания тока в цепи.Это легко визуализировать на картинке выше, поскольку мы видим, как резистор сжимает трубу, позволяя току течь через нее. При фиксированном напряжении, чем больше сопротивление, тем меньше тока будет проходить через цепь.

Ток (электрические)

Электрический ток измеряется в Амперах (Амперах) и по существу определяется как скорость потока электрических зарядов в цепи относительно времени. Электрические заряды измеряются в кулонах, а амперы – в кулонах в секунду.Переписывая закон Ома для определения тока, мы видим, что ток в цепи равен напряжению, деленному на сопротивление. Ток прямо пропорционален напряжению и косвенно пропорционален сопротивлению. Следовательно, при фиксированном напряжении ток в цепи будет уменьшаться при увеличении сопротивления, а ток увеличиваться при уменьшении сопротивления. При фиксированном сопротивлении ток будет увеличиваться с увеличением напряжения и уменьшаться с уменьшением напряжения. На картинке выше это тоже хорошо видно.Чем больше сопротивление, тем меньше тока будет протекать при фиксированном напряжении.

Напряжение

Напряжение, измеренное в вольтах, сложно представить. Напряжение можно представить как количество энергии, необходимое для «проталкивания» тока через цепь. Закон Ома гласит, что напряжение прямо пропорционально току и сопротивлению. Чтобы поддерживать постоянный ток в цепи, увеличение сопротивления цепи требует увеличения напряжения. Точно так же уменьшение сопротивления требует уменьшения напряжения для поддержания того же тока в цепи.Следовательно, большее сопротивление означает больший «толчок», а меньшее сопротивление означает меньший толчок. Изображение выше дает обоснование этой концепции.

Аналогия потока жидкости Изображение предоставлено: https://learn.sparkfun.com/tutorials/transistors/exnding-the-water-analogy

Жидкость, протекающая по трубе, является механической аналогией электрического тока, протекающего по цепи, состоящей из электрических проводников (обычно медных проводов). . Количество жидкости, протекающей по трубе, является синонимом силы тока, протекающего по проводам цепи.Размер трубы является синонимом размера резистора. Уменьшение размера трубы ограничит поток жидкости через трубу так же, как увеличение сопротивления ограничит прохождение электрического тока через цепь. Повышение давления между трубами требуется для поддержания тока, протекающего по трубе, когда размер трубы уменьшается. Это синоним увеличения напряжения, необходимого для поддержания электрического тока в цепи при увеличении электрического сопротивления.

Закон и ток Ома – College Physics

Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает или другие ваши авторские права, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту. Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на ан Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как в качестве ChillingEffects. org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права. Таким образом, если вы не уверены, что контент находится на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например нам требуется а ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса – изображению, ссылке, тексту и т. д. – относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Ваше заявление: (а) вы добросовестно считаете, что использование контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

Ом Закон Мультяшный-Вольт, Усилитель, Объяснение Ом

Рисунок закона

Ом Когда дело доходит до электроники, я обычно не использую много алгебры, но правило Ом невероятно полезно! Георг Ом открыл правило, основанное на том, как связаны напряжение, ток и сопротивление.

закон Ома мультфильм

Изучите приведенную выше диаграмму, чтобы понять, имеет ли это смысл для вас: когда вы повышаете напряжение в цепи, сохраняя постоянное сопротивление, вы получаете больший ток.

Когда сопротивление в цепи увеличивается, а напряжение остается постоянным, ток уменьшается. Закон Ома – это математическая формула для определения взаимосвязи между напряжением, сопротивлением и током.


Объяснение закона Ом

Теорема Ома удачно изложена в этой карикатуре.Вольт пытается протолкнуть усилитель через проводник, но Ом делает все возможное, чтобы ограничить усилитель. Приложив немного креативности, вы можете увидеть, что чем дальше (сильнее) Вольт, тем больше усилитель проходит. Ом, с другой стороны, может пройти меньше, если он тянет за веревку (сопротивляется).

Все три находятся в абсолютной гармонии и пропорциональны друг другу. Их придерживается закон Ома.

Если вы хотите узнать больше о круговой диаграмме закона Ома, тогда Нажмите здесь


Что такое вольт

Вольт – это единица измерения электрического потенциала, также известная как электродвижущая сила, которая представляет собой «разность потенциалов между двумя точками проводящего провода, по которому проходит постоянный ток в один ампер, когда мощность, рассеиваемая между этими точками, составляет один ватт.

Другими словами, когда ток в один ампер проходит через сопротивление в один Ом, через сопротивление возникает потенциал в один вольт.


Что такое усилок

Ампер, сокращенно от ампер. – это единица измерения электрического тока, определяемая системой СИ путем вычисления электромагнитной силы между электрическими проводниками, по которым проходит электрический ток. Ампер – это постоянный ток, который, если его удерживать в двух прямых параллельных проводниках бесконечной продолжительности и незначительного круглого сечения и помещать на расстоянии одного метра в вакууме, создавал бы силу, равную 2 × 10-7 ньютонов на метр длины между ними. проводники.


Что такое ом

Ом характеризуется как электрическое сопротивление между двумя точками на проводнике, когда к этим точкам прикладывается постоянная разность потенциалов в один вольт и индуцирует в проводнике ток в один ампер, при этом проводник не является местом расположения какого-либо электродвижущего элемента. власть.


Видео на YouTube

Видео на YouTube
  • Закон Ома Мультфильм-Вольт, Усилитель, Объяснение Ом

    Кетан Бхандекар

    Ом Когда дело доходит до электроники, я обычно не использую много алгебры, но правило Ома …

    Подробнее

  • Круговая диаграмма закона Ома
  • , объясненная

    , Кетан Бхандекар

    Чтобы помочь нам лучше понять взаимосвязь между различными значениями, мы можем объединить все…

    Подробнее


Нравится:

Нравится Загрузка…

Бесплатная головоломка с загадочными изображениями закона Ома для Google Таблиц ™ и Google Classroom ™

Ищете забавный и увлекательный способ практиковать Закон Ома ? Это самопроверка, цифровая деятельность – забавная альтернатива традиционному рабочему листу закона Ома. Он разработан с использованием Google Sheets ™ и может быть легко назначен с помощью Google Classroom ™ или Canvas Google Classroom App ™. Печатная версия этого ресурса по физике включена, чтобы помочь с гибридным обучением или сделать возможным дифференциацию в вашем классе.

⇨ Загрузите эти бесплатных ресурсов по физике , чтобы узнать, подходят ли мои занятия по физике для вашего класса физики.

✩ КАК РАБОТАЕТ ЗАДАНИЕ ✩

  • Для версии Google Таблиц ™: Учащиеся вводят свои ответы в электронную таблицу. Если ответ правильный, появится часть изображения. Если ответ неправильный, ответ станет красным.
  • Для бумажной версии: учащиеся решают каждый вопрос и вычеркивают свой ответ из банка ответов «Черная дыра».Если их ответа нет, они решили проблему неправильно и должны сделать это заново.

✩ ЧТО УЧАЩИМСЯ НУЖНО ЗНАТЬ ПЕРЕД НАЧАЛОМ ✩

  • Студенты должны знать закон Ома
  • Студенты должны знать, как преобразовать из мА в A.
  • Студенты должны знать, как округлять до двух десятичных знаков точки.

✩ ЧТО НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ УЧИТЕЛЯМ ПЕРЕД НАЧАЛОМ ✩

  • Этот ресурс был создан с помощью Google Sheets ™
  • У вас должен быть Google Email ™ для использования с Google Classroom ™
  • Чтобы использовать этот ресурс, учащиеся должны иметь доступ в Интернет Activity
  • Вы можете легко назначить это в Google Classroom ™

✩ Простые шаги, которые нужно предпринять ПОСЛЕ покупки ✩

  1. Создайте копию Google Sheets Activity ™
  2. Назначьте с помощью Google Classroom ™ или другой LMS

✩ ДАННЫЙ ПРОДУКТ НАХОДИТСЯ В НЕСКОЛЬКИХ УПАКОВКАХ ✩

✩✩Нажмите здесь, чтобы первыми узнавать о продажах и новых продуктах, подписавшись на мой магазин! ✩✩

Любые вопросы или комментарии отправляйте по электронной почте amandachapmanphysics @ gmail .com. Я приветствую отзывы, вопросы и предложения о том, что мне следует создать дальше!

Если вы нашли это задание полезным, просмотрите его, чтобы я знал, что нужно создать больше! Вы зарабатываете кредиты TpT, просматривая свои покупки, которые помогают вам зарабатывать БЕСПЛАТНЫЕ покупки TpT !

«Давай будем друзьями»

Круговая диаграмма закона Ома – быстро и просто

Круговая диаграмма закона

Ома – отличный инструмент для быстрых электрических расчетов (см. Рисунок).Он включает в себя двенадцать шаблонов, которые относятся к любому режиму известного электрического закона. Вместо того, чтобы искать ссылку на одну из этих формул где-то еще, здесь вы охватите все подходы к расчету принципа Ома на этой единственной простой в использовании диаграмме. График наглядный и понятный. Его весело использовать даже детям, и это вкусно – помните, это «пирожок»!

Как пользоваться круговой диаграммой закона Ома

Таблица закона Ома разделена на четыре основных части. У нас есть двенадцать кусочков пирога. Во внутреннем круге у нас есть четыре переменных. Эти переменные – это то, чего мы не знаем, что пытаемся найти:

«P» – для Power

«E» – для электродвижущей силы

«R» – для сопротивления

«I» – для Current

Срезы круговой диаграммы представляют заданные / известные данные в каждом случае.

Каждая из переменных, которые мы пытаемся найти, состоит из трех секторов – трех уравнений. Теперь, в зависимости от того, какие два числа (два типа данных) мы знаем, мы выбираем соответствующее уравнение, которое соответствует нашим интересам, и решаем вопрос.

Например, вам нужно рассчитать мощность, используя формулы закона Ома, и вы знаете, скажем, значение электродвижущей силы и значение тока. Степень – это «P», поэтому для начала вы выбираете левую верхнюю (красную) четверть графика. Теперь электродвижущая сила – это «E», а ток – «I». Взгляните на кусочки в четверти «P» и выясните, какой из трех соответствующих кусочков пирога содержит ОБЕИЕ: E и I. В данном случае на фрагменте слева написано:

«E x I», что означает

P = E x I («P» равно «E», умноженному на «I»)

Так что просто умножьте два числа, которые вы уже знаете, и получите результат.Вот и все!

Вы можете вычислить значение любой переменной в диаграмме, используя этот принцип поиска подходящей формулы.

. . . . . . . . . . . . . . . . .

Теоретическая экскурсия

Закон

Ома гласит, что ток через электрический передатчик между двумя точками прямо пропорционален электродвижущей силе в этих двух точках. Вводя неизменный коэффициент пропорциональности – сопротивление, логика приходит к математическому уравнению, описывающему эту взаимосвязь, где ток («I») через проводник в единицах ампер, электродвижущая сила («E»), измеренная через проводник в единиц вольт, а сопротивление («R») проводника в единицах Ом – все связаны определенным соотношением пропорциональности: E = I x R. В частности, это правило гласит, что импеданс в этом отношении постоянный, независимо от тока.

Закон был назван в честь немецкого физика Георга Ома, который в монографии, опубликованной в 1827 году, сообщил об измерениях приложенного напряжения и тока через обычные электрические цепи, содержащие провода различной длины. Он представил чуть более сложное уравнение, чем то, которое мы все знаем сегодня, чтобы объяснить главное открытие, которое стало результатом серии экспериментов.Широко известное уравнение E = I x R является современной формой принципала Ома.

Закон

Ома – что это такое и что о нем должен знать приборостроитель

В этом посте я хотел бы поговорить с вами о законе Ома. Почему? Потому что это полезно во многих практических повседневных ситуациях, особенно если вы техник по приборам. Мы часто получаем вопросы, на которые можно ответить, исходя из закона Ома.

Обновление от 1 ноября 2018 г .: изображения были заменены и теперь включают технические единицы вместо количества.

Хотя это и называется «закон Ома» – не волнуйтесь, это не будет скучной юридической вещью… 😉

Во-первых, я хотел бы немного поговорить о его теоретической стороне, а затем возьмите несколько практических примеров с инструментами, если вы сочтете это полезным.

Итак, давайте посмотрим на этот закон …

Предпосылки

Начнем с обязательных фактов:

Еще в 1827 году немецкий физик Георг Ом опубликовал этот закон.Он обнаружил, что когда электрический ток проходит через резистор, ток пропорционален падению напряжения на резисторе и обратно пропорционален сопротивлению резистора. Связь между током, сопротивлением и напряжением – это закон Ома .

Закон Ома часто представляется в виде треугольника (ниже показан треугольник с инженерными единицами):

Из треугольника вы можете рассчитать каждый компонент и получить следующие три формулы:

  • Сопротивление (Ом) = Напряжение (В) / Ток (A)
  • Ток = Напряжение / Сопротивление
  • Напряжение = Ток * Сопротивление

Примечание. В качестве символа величины напряжения в примерах ниже, I будет использовать символ «U» в соответствии с Международной системой СИ.Я знаю, что иногда для напряжения в разных регионах используются разные символы, например E или V. Цель этого поста – не попытаться стандартизировать символы, а дать практическое образование по использованию закона Ома. Так что, пожалуйста, не обижайтесь, если вам не нравится буква «U».

Обратите внимание, что для расчета ток в мА должен быть преобразован в амперы.

Обратите внимание, что для того, чтобы формулы оставались простыми и удобочитаемыми, я не всегда использовал математически правильное количество значащих цифр / чисел.Этот пост в любом случае больше для технических специалистов, а не для математиков …

Упрощенный пример

Давайте посмотрим на наиболее упрощенную схему:

В приведенном выше примере у нас есть источник питания 24 В постоянного тока напряжение, и мы подключили к нему сопротивление 1200 Ом. По цепи протекает ток 20 мА (0,02 А).

Если мы добавим резистор на 1200 Ом к источнику питания 24 В и захотим узнать, какой ток идет в цепи, мы можем легко вычислить его по закону Ома:

I = U / R = 24 В / 1200 Ом = 0.02 A (= 20 мА)

Если мы знаем, что напряжение составляет 24 В, и нам нужен ток 20 мА, мы можем рассчитать, какой резистор необходим:

R = U / I = 24 В / 0,02 A = 1200 Ом

Или, если у нас есть резистор на 1200 Ом и мы хотим получить ток 20 мА, какое напряжение нам нужно подать:

U = I * R = 1200 Ом * 0,02 A = 24 В

Где:

U = напряжение [В]

I = ток [A]

R = сопротивление [Ом]

Следовательно, если у нас есть питание контура 24 В и мы хотим получить ток 4 мА, нам нужно добавить большее сопротивление:

R = U / I = 24/0.004 А = 6000 Ом.

Итак, нам нужно добавить резистор на 6000 Ом (6 кОм), чтобы получить ток 4 мА.

Практические примеры

Пример 1 – сопротивление HART 250 Ом

У нас есть нормальная цепь, в которой преобразователь питается от источника питания 24 В, и у нас есть резистор 250 Ом, соединенный последовательно с преобразователем в порядке для использования связи HART:

Когда ток проходит через резистор 250 Ом, на этом резисторе возникает падение напряжения, поэтому некоторое напряжение там теряется.Какое напряжение питания поступает на преобразователь при токе 20 мА?

При токе 20 мА мы можем рассчитать, что на резисторе 250 Ом будет падение напряжения:

U = I * R = 0,02 A * 250 Ом = 5 В

Это означает, что есть падение напряжения 5 вольт на резисторе 250 Ом, так что у нас осталось 19 вольт на передатчик, что, конечно же, достаточно для работы передатчика. Но если бы у нас было гораздо более низкое напряжение питания контура, скажем 17 вольт, для начала, на передатчике оставалось бы только 12 вольт, что является пределом для его работы.

Ex 2 – Измерение тока преобразователя с помощью последовательного резистора

Если вы не хотите разрывать контур или открывать крышку преобразователя для измерения тока, вы можете установить прецизионный резистор последовательно с преобразователем, а затем Измерьте падение напряжения на резисторе, чтобы рассчитать ток.

Падение напряжения на резисторе зависит от величины сопротивления и тока, проходящего через него. Например, если вы установите резистор 100 Ом последовательно с передатчиком, падение напряжения на нем будет:

При 4 мА => 0.004 A * 100 Ом = 0,4 В

При 20 мА => 0,02 A * 100 Ом = 2,0 В

Конечно, сопротивление должно быть очень точным и стабильным, потому что любая ошибка в значении сопротивления приведет к аналогичной ошибке в расчетном токе.

Чем больше сопротивление, тем большее напряжение вы получаете. Следует помнить, что если сопротивление очень велико, вы потеряете большое напряжение питания на резисторе.

Ex 3 – сопротивление измерителя мА с подключением тестового диода передатчика

Это тема, которую я обсуждал в предыдущем блоге.В этом примере для понимания проблемы также требовалось понимание закона Ома. Вы можете найти это сообщение в блоге по ссылке ниже:

Измерение тока с помощью тестового соединения передатчика – не делайте этой ошибки!

Ex 4 – Питание цепи с высоким сопротивлением

У вас может быть цепь, в которой прибор имеет высокое внутреннее сопротивление. Скажем, старый преобразователь I / P с сопротивлением 800 Ом. Для управления преобразователем необходимо сгенерировать сигнал от 4 до 20 мА.Какое напряжение питания вам нужно для этого?

Что ж, для генерации тока 20 мА по этой цепи 800 Ом вам потребуется:

U = I * R = 0,02 A * 800 Ом = 16 Вольт.

Итак, вам понадобится контурный источник питания с напряжением не менее 16 вольт.

Ex 5 – Слишком большое сопротивление в линии питания

Если в линии питания к датчику слишком большое сопротивление, петля питания датчика может быть на грани слишком малого, может случиться так, что Передатчик отлично работает с более низким сигналом мА, но когда ему требуется подавать большой ток (например, более 18 мА), напряжение падает слишком низко, и передатчик отключается.Это просто потому, что падение напряжения на сопротивлениях соединений увеличивается по мере увеличения тока. Может случиться так, что при небольшом токе напряжение будет приемлемым, и передатчик получит достаточное напряжение питания, но при более высоком токе в соединениях будет слишком большое падение напряжения, и передатчик не получит достаточно высокое напряжение и отключается.

Когда передатчик выключается, ток падает, напряжение питания снова возрастает, и передатчик снова начинает нормально работать.Такие периодические неисправности очень сложно найти.

Ex 6 – мА-метр / вольтметр

Также хорошо помнить, что на практике внутреннее сопротивление мА-метра не равно нулю, а имеет определенное внутреннее сопротивление (несколько Ом или десятки Ом) . Таким образом, на практике будет наблюдаться некоторое падение напряжения на миллиамперметре.

Кроме того, вольтметр не имеет бесконечного сопротивления, но имеет определенное внутреннее сопротивление (мегаом). Эти сопротивления могут вызвать некоторые нежелательные эффекты при проведении измерений.Таким образом, измеритель напряжения будет давать некоторую нагрузку на измеряемую цепь, хотя это проблема, действующая только в определенных чувствительных цепях / приложениях. Это особенно важно, когда вы измеряете сигнал низкого напряжения (десятки или сотни милливольт) в цепи с высоким сопротивлением, и у вас есть высокие требования к точности (± несколько микровольт). Если у измерителя напряжения слишком маленькое сопротивление, измеренное напряжение упадет, как только вы подключите измеритель напряжения, поэтому вы не получите точных результатов.В некоторых случаях подключение измерителя напряжения со слишком низким внутренним сопротивлением может привести к срабатыванию цепи, как только вы подключите измеритель.

Заключение

Закон Ома довольно прост и понятен. Он имеет множество применений, если вы работаете с электрическими цепями. Это часто очень полезно также в мире измерительных приборов, где вы работаете с питанием контура, токовыми сигналами и сопротивлениями.

Я надеюсь, что этот пост был достаточно простым и практичным, чтобы дать вам несколько полезных советов для вашей работы.

Загрузите соответствующий технический документ, щелкнув изображение ниже:

Спасибо!

Закон Ома – инженерное мышление

Узнайте, как понять закон Ома, как он работает и как его использовать.

Также в конце статьи есть 2 задачи, которые вы можете проверить и решить.

Прокрутите вниз, чтобы просмотреть обучающее видео YouTube.

Что такое закон Ома

Закон

Ома – это соотношение между напряжением, током и сопротивлением, а также их взаимосвязь.Закон Ома был разработан немецким физиком по имени Георг Ом, который провел множество экспериментов для развития своей теории, включая измерение тока путем прикосновения к электрическим цепям, чтобы увидеть, насколько это больно. Чем выше ток, тем больнее.

Закон Ома Связь между напряжением, током и сопротивлением

Формулы закона Ома

Теперь есть три формулы, которые нам нужно использовать для определения закона Ома. НО нам не нужно помнить об этом, поскольку мы дадим вам очень простой совет буквально через мгновение.

Итак, мы используем следующие три формулы:

  • Напряжение = Ток x Сопротивление
  • Ток = Напряжение / Сопротивление
  • Сопротивление = Напряжение / Ток
Три формулы, используемые для закона Ома

Если вам кажется, что вам нужно много помнить, не волнуйтесь, потому что вам не нужно запомни их.Все, что вам нужно запомнить, – это треугольник Ома, который выглядит как на изображении ниже.

Итак, вам просто нужно запомнить три буквы в таком порядке, VIR. Затем просто запишите их в треугольник с буквой V вверху и проведите линию, разделяющую их.

На самом деле вам даже не нужно их запоминать, потому что мы сделали БЕСПЛАТНОЕ руководство в формате PDF с некоторыми рабочими примерами, которые вы можете сохранить на своем ПК или мобильном телефоне и получить к нему доступ в любое время. Нажмите здесь, чтобы загрузить

Теперь все, что мы делаем, когда нам нужно использовать формулу, – это прикрывать нужную нам букву.

для определения напряжения

Итак, если мы хотим найти напряжение, мы пишем V = и затем закрываем V в треугольнике, что оставляет нас с I и R. Итак, мы пишем I x R. Это означает, что напряжение = ток, умноженный на сопротивление. Вы можете написать небольшой символ умножения в треугольнике между двумя буквами, если это вам поможет.

Найдите напряжение с помощью закона Ома

Мы знаем, о чем вы думаете. Почему ток представлен буквой I, а не C для тока или даже A для единицы измерения в амперах.Единицей измерения тока является ампер или ампер, названный в честь Андре Ампера, французского физика. Пару сотен лет назад он провел множество экспериментов, многие из которых включали изменение величины электрического тока, поэтому он назвал это интенсивностью куранта или силой тока. Поэтому, когда они опубликовали его работу, они взяли букву I, и она стала стандартом до сих пор.

Вы также можете встретить формулы, в которых буква E используется вместо V. E означает ЭДС или электродвижущую силу, но не беспокойтесь об этом, просто используйте V и замените V на E, если вы видите, что это используется в Вопрос закона Ома.

Иногда «E» используется вместо «V» для закона Ома

. Покрывая V, мы получаем напряжение = ток, умноженный на сопротивление.

, чтобы найти текущий

Если мы хотим найти ток, мы записываем I = и затем закрываем букву I. Это дает нам V и R, и поскольку V выше R как дробь, мы можем написать V ÷ R. Следовательно, ток равен Напряжение, деленное на сопротивление.

Найдите ток с помощью закона Ома

Чтобы найти сопротивление

Если мы хотим найти сопротивление, мы пишем R = и закрываем R, что оставляет нас с V и I, поэтому мы пишем V ÷ I, что дает нам сопротивление = напряжение, деленное на ток.

Найдите сопротивление с помощью закона Ома

Давайте рассмотрим несколько примеров использования этих формул. Во-первых, давайте посмотрим, как мы находим напряжение и как оно соотносится с другими частями.

Пример определения напряжения

Допустим, у нас есть простая электрическая схема с батареей и резистором. Однако мы не знаем, какое напряжение у батареи. Сопротивление резистора составляет 3 Ом, и когда мы подключаем мультиметр к цепи, мы видим, что получаем значение 2 А.

Напряжение Треугольник Ома

Мы хотим найти напряжение, поэтому, используя треугольник Ом, мы покрываем V, и это дает нам V = I x R.Мы знаем, что сила тока составляет 2 ампера, поэтому мы записываем это значение и знаем, что сопротивление равно 3 Ом, поэтому мы записываем и это значение. Следовательно, 2А, умноженные на 3 Ом, дают нам 6 Вольт. Таким образом, батарея на 6 В.

Если вы хотите проверить свои ответы, воспользуйтесь нашим БЕСПЛАТНЫМ калькулятором закона Ома. Щелкните здесь .

Если мы удвоим напряжение, подключив две батареи по 6 В последовательно, мы получим 12 В. Если мы теперь подключим его к той же цепи, ток также удвоится с 2А до 4А.Если мы снова удвоим напряжение до 24 В, ток также удвоится до 8 А.

Какие здесь отношения? Мы видим, что ток прямо пропорционален напряжению.

Закон Ома о соотношении тока и напряжения

Помните; напряжение похоже на давление. Это толкающая сила в цепи. Он толкает электроны вокруг проводов, и мы помещаем такие предметы, как лампы, на пути электронов, поэтому они должны проходить через него, и это заставляет лампу загораться.

Удваивая напряжение, мы видим, что ток также удваивается, что означает, что поток электронов увеличивается по мере того, как мы прикладываем большее давление.Так же, как если мы используем насос большего размера, будет течь больше воды.

Поиск текущего примера

Допустим, теперь у нас есть лампа 3 Ом, подключенная к источнику питания 6 В. Чтобы найти ток, запишем I = и закроем I в треугольник. Это дает нам V ÷ R, поэтому ток равен напряжению, разделенному на сопротивление. Мы знаем, что напряжение составляет 6 В, а сопротивление – 3 Ом, поэтому ток равен 2 А, и это то, что мы видим с помощью мультиметра.

Треугольник сопротивления тока

Кстати, если у вас нет мультиметра, мы настоятельно рекомендуем вам его приобрести, он необходим для поиска неисправностей, а также для повышения ваших знаний в области электротехники.Ниже есть несколько ссылок, по которым можно добраться и откуда.

Итак, мы увидели, что происходит, когда мы используем в цепи сопротивление 3 Ом. Но если мы удвоим сопротивление до 6 Ом, вставив в цепь еще одну лампу на 3 Ом, ток упадет вдвое до 1А.

Если мы снова удвоим сопротивление до 12 Ом, ток снова упадет вдвое до 0,5 А. Мы можем видеть это визуально, потому что лампы станут менее яркими по мере уменьшения тока из-за увеличения сопротивления.

Какие здесь отношения? Мы видим, что ток обратно пропорционален сопротивлению.Когда мы удвоим сопротивление, ток уменьшится вдвое. Если мы уменьшим сопротивление вдвое, ток удвоится.

Закон Ома Взаимосвязь между током и сопротивлением

Ток – это поток электронов или поток свободных электронов. Чтобы лампа засветилась, нам нужно протолкнуть через нее электроны. Как мы это делаем? Мы прикладываем напряжение к обоим концам. Напряжение толкает электроны. Атомы внутри медной проволоки имеют свободные электроны в своей валентной оболочке, что означает, что они могут очень легко перемещаться к другим атомам меди, и они будут естественным образом перемещаться к другим атомам сами по себе, но в случайных направлениях, которые для нас бесполезны.Чтобы лампа включилась, нам нужно, чтобы много электронов текло в одном направлении. Когда мы подключаем источник напряжения, мы используем давление батареи, чтобы протолкнуть электроны по цепи в одном и том же направлении.

Например, для питания этой резистивной лампы на 1,5 Ом с батареей 1,5 В требуется 1 ампер тока, который равен (6 242 000 000 000 000 000) шести квинтиллионам двумстам сорока двум квадриллионам электронов, проходящих от батареи через лампу каждую секунду. чтобы лампа оставалась включенной на полную мощность.Если напряжение или ток уменьшатся или сопротивление цепи увеличится, лампа станет тусклее.

Пример поиска сопротивления

Допустим, у нас есть резистивная лампа, подключенная к источнику питания 12 В. Мы не знаем, какое сопротивление он добавляет к цепи, но мы измеряем ток как 0,5 А.

Закон сопротивления Ома

Чтобы найти сопротивление, мы записываем R = и закрываем R на треугольнике. Остались V и I, поэтому сопротивление = напряжение, деленное на ток.Мы знаем, что напряжение составляет 12 В, а ток – 0,5 А, поэтому 12, разделенное на 0,5, дает нам сопротивление 24 Ом.

Сопротивление – это противодействие потоку электронов. Он пытается помешать течению электронов. Вот почему мы используем резисторы в цепях, чтобы уменьшить ток и защитить такие компоненты, как светодиод. Если мы попытаемся подключить светодиод напрямую к батарее 9 В, он перегорит, потому что напряжение и ток слишком высоки. Но когда мы добавляем резистор в схему, они уменьшаются, поэтому светодиод защищен и будет ярко светить.

Итак, в схеме мы можем увеличить ток, увеличивая напряжение, или мы можем также увеличить ток, но уменьшив сопротивление. Мы также можем уменьшить ток, увеличив сопротивление.

Обзор закона Ома

Проверьте свои навыки

Сможете ли вы решить эти проблемы?

Проблема 1) Допустим, у нас есть лампа с сопротивлением 240 Ом. Если мы подключим его к розетке в США, где используется напряжение 120 В, какой будет ток?

Проблема 1

Проблема 2) Если я подключу ту же лампу с резистором 240 Ом к розетке в Великобритании, мы получим ток 0.958A, так какое напряжение подается?

Проблема 2

Решения

Задача 1) Чтобы найти ток, мы используем формулу I = V ÷ R. Мы знаем, что сопротивление R составляет 240 Ом, и мы знаем, что напряжение V равно 120 В, поэтому мы опускаем эти числа в формулу, чтобы получить
I = V ÷ R
I = 120 В ÷ 240 Ом
I = 0,5 A

Задача 2) Чтобы найти напряжение, мы используем формулу V = I x R. Мы знаем, что ток (I) составляет 0,958 А, а сопротивление (R) составляет 240 Ом, поэтому мы опускаем эти числа в формулу, чтобы получить
В = I x R
V = 0.958A x 240 Ом
В = 229,9 В (~ 230 В)


.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *