Принципиальные схемы – Основной принцип закона Ома

Чем выше давление воды в трубе, тем относительно
большая доля энергии расходуется на преодоление
сопротивления, поскольку в трубах усиливается турбулентность потока.
Из этого исходил Ом, приступая к опытам по измерению
зависимости силы тока от напряжения. Очень скоро
выяснилось, что ничего подобного в электрических проводниках не
происходит: сопротивление вещества электрическому току
вовсе не зависит от приложенного напряжения. В этом, по
сути, и заключается закон Ома, который (для отдельного
участка цепи) записывается очень просто:
U = I х R,
 где U- напряжение, приложенное к участку цепи, /- сила тока, 
a R – электрическое сопротивление участка цепи (рис. 4.1).

Сегодня мы понимаем, что электрическая проводимость
обусловлена движением свободных электронов, а
сопротивление – столкновением этих электронов с атомами
кристаллической решетки. При каждом таком столкновении часть
энергии свободного электрона передается атому, который,
начинает колебаться более интенсивно, и в результате мы
наблюдаем нагревание проводника под действием
электрического тока. Повышение напряжения в цепи никак не
сказывается на доле тепловых потерь такого рода, и соотношение
напряжения и электрического тока остается постоянным.
Однако, когда Георг Ом сформировал свой закон,
атомная теория строения вещества находилась в зачаточном
состоянии, а до открытия электрона было еще несколько
 десятилетий. Таким образом, для него формула U = I x R была 
чисто экспериментальным результатом. Сегодня мы имеем
достаточно стройную и одновременно сложную теорию
электропроводности и понимаем, что закон Ома в его
первозданном виде – всего лишь грубое приближение. Однако
это не мешает нам с успехом использовать его для расчета
самых сложных электрических цепей, применяющихся в
промышленности и быту. Единица электрического
сопротивления системы СИ называется Ом – в честь этого
выдающегося ученого.

Немного истории
Георг Симон Ом (1789-1854) родился в Эрлангене в семье
потомственного слесаря. Роль отца в воспитании мальчика
была огромной. Пожалуй, всем тем, чего добился Ом в
жизни, он обязан отцу. После окончания школы Ieopr поступил
в городскую гимназию, которая курировалась университетом
и представляла собой учебное заведение, соответствующее
тому времени.
Успешно окончив гимназию, Георг весной 1805 года
приступил к изучению математики, физики и философии на
философском факультете Эрлангенского университета.
Проучившись три семестра, Ом принял приглашение от частной
школы швейцарского городка Готтштадта занять место
учителя математики. В1809 году Георгу была предложена должность
преподавателя математики в городе Нейштадт. К Рождеству
он перебрался на новое место, но мечта окончить
университет не покидала его. В 1811 году он возвращается в Эрланген.
Самостоятельные занятия Ома были настолько
плодотворными, что он в том же году смог окончить университет, успешно
защитить диссертацию и получить степень доктора
философии. Сразу же по окончании университета он стал
приват-доцентом кафедры математики этого же университета.
Преподавательская работа вполне соответствовала
желаниям и способностям Ома. Но, проработав всего три
семестра, он по причине материальных проблем, которые почти
всю жизнь преследовали его, был вынужден подыскать более
оплачиваемую должность. Королевским решением от 16

декабря 1812 года Ом был назначен учителем математики и
физики школы в Бамберге. В феврале 1816 года это учебное
заведение закрыли, и ему предложили за ту же плату
проводить занятия в переполненных классах местной
подготовительной школы. Потеряв всякую надежду найти подходящую
преподавательскую работу, отчаявшийся доктор философии
неожиданно получает предложение занять место учителя
математики и физики в иезуитской коллегии Кельна. Он
немедленно выезжает к месту будущей работы.
В Кельне он проработал девять лет. Наличие свободного
времени способствовало «превращению» Ома из
математика в физика и формированию его как физика-исследователя.
Он с увлечением отдается новой работе, просиживая долгие
часы в мастерской коллегии и в хранилище приборов.
Занимается исследованиями электричества, начинает свои
эксперименты с определения относительных величин
проводимости различных проводников. Применив метод, который стал
теперь классическим, он подключал последовательно между
двумя точками цепи тонкие проводники из различных
материалов одинакового диаметра и изменял их длину так,
чтобы получалась определенная величина тока.
Как пишет В. В. Кошманов: «Ом знал о появлении работ
Барлоу и Беккереля, в которых были описаны
экспериментальные поиски закона электрических цепей. Знал он и о
результатах, к которым пришли эти исследователи. Хотя и
Ом, и Барлоу, и Беккерель в качестве регистрирующего
прибора использовали магнитную стрелку, соблюдали особую
тщательность в соединении цепи, и источник
электрического тока в принципе был одной и той же конструкции, однако
полученные ими результаты были различными. Истина
упорно ускользала от исследователей. Необходимо было прежде
всего устранить самый значительный источник
погрешностей, каким, по мнению Ома, была гальваническая батарея.
Уже в своих первых опытах Ом заметил, что магнитное
действие тока при замыкании цепи произвольной проволокой
уменьшается со временем… Это снижение практически не
прекращалось с течением времени, и ясно было, что
заниматься поиском закона электрических цепей при таком
положении дел бессмысленно. Нужно было или
использовать другой тип генератора электрической энергии из уже
имеющихся, или создавать новый, или разрабатывать схему,
в которой изменение ЭДС не сказывалось бы на результатах
опыта. Ом пошел по первому пути».
После опубликования первой статьи Ома немецкий
физик Поггендорф посоветовал ему отказаться от химических
элементов и воспользоваться термопарой медь-висмут,
незадолго до этого введенной Зеебеком. Ом прислушался и
повторил свои опыты, собрав установку с
термоэлектрической батареей, во внешнюю цепь которой включались
последовательно восемь медных проволок одинакового
диаметра, но разной длины. Силу тока он измерял с помощью
своего рода крутильных весов, образуемых магнитной
стрелкой, подвешенной на металлической нити. Когда ток,
параллельный стрелке, отклонял ее, Ом закручивал нить,
на которой она была подвешена, пока стрелка не
оказывалась в своем обычном положении – сила тока считалась
пропорциональной углу, на который закручивалась нить.
Ом пришел к выводу, что результаты опытов, проведенных
с восемью различными проволоками, могут быть выражены
уравнением: частное от а, деленного на X + В, где
Xозначает интенсивность магнитного действия проводника, длина
которого равна X, а А и В – константы, зависящие
соответственно от возбуждающей силы и от сопротивления
остальных частей цепи. Условия опыта были разные: заменялись
сопротивления и термоэлектрические пары. Но результаты
все равно сводились к приведенной выше формуле, которая
очень просто переходит в известную нам, если заменить X
силой тока, А – электродвижущей силой и В + X – общим
сопротивлением цепи. Ом проводит опыты и с четырьмя
латунными проволоками – результат тот же. «Отсюда
следует важный вывод, – пишет Кошманов, – что найденная
Омом формула, связывающая физические величины,
характеризующие процесс протекания тока в проводнике,
справедлива не только для проводников из меди. По этой
формуле можно рассчитывать электрические цепи независимо
от материала проводников, используемых при этом…
Кроме того, Ом установил, что постоянная В не зависит ни от
возбуждающей силы, ни от длины включенной проволоки.
Этот факт дает основание утверждать, что величина В
характеризует неизменяемую часть цепи. Так как сложение
в знаменателе полученной формулы возможно только для
величин одинаковых наименований, то, следовательно,
постоянная В, заключает Ом, должна характеризовать
проводимость неизменяемой части цепи.
В последующих опытах Ом изучал влияние температуры
проводников на их сопротивление. Он вносил исследуемые
проводники в пламя, помещал их в воду с толченым льдом и
убеждался, что электрическая проводимость проводников
уменьшается с повышением температуры и увеличивается с
понижением ее.
Получив свою знаменитую формулу, Ом пользуется ею
для изучения действия мультипликатора Швейггера на
отклонение стрелки и для изучения тока, который проходит
во внешней цепи батареи элементов в зависимости от того,
как они соединены – последовательно или параллельно.
Таким образом, он объясняет, чем определяется внешний
ток батареи, – вопрос, который был довольно темным для
первых исследователей.
В 1826 году в журнале «Журнал физики и химии» выходит
знаменитая статья Ома «Определение закона, по которому
металлы проводят контактное электричество, вместе с
наброском теории вольтаического аппарата и
мультипликатора Швейггера». Появление этой публикации, содержащей
результаты экспериментальных исследований в области
электрических явлений, не произвело впечатления на
ученых. Никто из них даже не мог предположить, что
установленный Омом закон электрических цепей представляет
собой основу для всех электротехнических расчетов будущего.
В 1827 году в Берлине он опубликовал свой главный труд
«Гальваническая цепь, разработанная математически». Ом
вдохновлялся в своих исследованиях работой
«Аналитическая теория тепла» (1822) Жана Батиста Фурье (1768-1830).
Ученый понял, что механизм «теплового потока», о котором
говорит Фурье, аналогичен электрическому току в
проводнике. И подобно тому, как в теории Фурье тепловой поток
между двумя телами или между двумя точками одного и того же
тела объясняется разницей температур, Ом объясняет
возникновение электрического тока разницей «электроскопи-
ческих сил» в двух точках проводника.
Ом вводит понятия и точные определения
электродвижущей силы, или «электроскопической силы», по выражению
самого ученого, электропроводности и силы тока. Выразив
выведенный им закон в дифференциальной форме,
приводимой современными авторами, Ом записывает его и в
конечных величинах для частных случаев конкретных
электрических цепей, из которых особенно важна термоэлектрическая
цепь. Исходя из этого, он формулирует известные законы
изменения электрического напряжения вдоль цепи.
Теоретические исследования Ома также остались
незамеченными. Только в 1841 году его работа была переведена на
английский язык, в 1847 году – на итальянский, а в I860 – на
французский. Раньше других зарубежных ученых закон Ома
признали русские физики Ленц и Якоби. Они помогли и его
международному признанию. При участии русских физиков
5 мая 1842 года Лондонское Королевское общество
наградило Ома золотой медалью и избрало своим членом. Ом стал
вторым ученым Германии, удостоенным такой чести.
Очень эмоционально отозвался о заслугах немецкого
ученого его американский коллега Дж. Генри: «Когда я первый
раз прочел теорию Ома, она мне показалась молнией, вдруг
осветившей комнату, погруженную во мрак».
О значении исследований Ома точно сказал профессор
физики Мюнхенского университета Е. Ломмель при
открытии памятника ученому в 1895 году: «Открытие Ома было
ярким факелом, осветившим ту область электричества,
которая до него была окутана мраком. Ом указал единственно
правильный путь через непроходимый лес непонятных
фактов. Замечательные успехи в развитии электротехники, за
которыми мы с удивлением наблюдали в последние
десятилетия, могли быть достигнуты только на основе открытия
Ома. Лишь тот в состоянии господствовать над силами
природы и управлять ими, кто сумеет разгадать законы
природы. Ом вырвал у природы так долго скрываемую тайну и
передал ее в руки современников».

1.4. Законы Ома и Кирхгофа

Закон Ома для всей цепи выражает соотношение между электродвижущей силой (ЭДС), сопротивлением и током. Согласно этому закону ток в замкнутой цепи равен ЭДС источника деленной на сопротивление всей цепи:

где I – ток, протекающий по цепи;

E – ЭДС, генератора, подключенного к электрической цепи;

Rг – сопротивление генератора;

Rц – сопротивление цепи.

Закон Ома для участка цепи. Ток на участке цепи прямо пропорционален напряжению между началом и концом  участка и обратно пропорционален сопротивлению участка. Аналитически закон выражается в следующем виде:

где I – ток, протекающий на участке цепи;

R – сопротивление участка цепи;

U – напряжение на участке цепи.

Обобщенный закон Ома. Сила тока  в контуре цепи прямо пропорциональна алгебраической сумме ЭДС всех источников цепи и обратно пропорциональна арифметической сумме всех активных сопротивлений цепи.

где m и n – количество источников и резисторов в контуре цепи.

При алгебраическом суммировании со знаком “плюс” берутся те ЭДС, направление которых совпадает с направлением тока, а со знаком “минус”– те ЭДС, направление которых не совпадает с направлением тока.

Первый закон Кирхгофа. Электрические цепи подразделяют на неразветвленные и разветвленные. На рис. 1.10 представлена простейшая разветвленная цепь.

Рис. 1.10 Схема разветвленной цепи.

Разветвленной называется такая электрическая цепь, в которой ток от какого-либо источника может идти по различным путям и, в которой, следовательно, имеются точки, где сходятся два и более проводников. Эти точки называютузлами. Токи, текущие к узлу считаются имеющими один знак, а от узла – другой.

Учитывая это правило для схемы, изображенной на рис. 1.11,а можно записать

Для цепи, имеющей n ветвей, сходящихся в одном узле, имеем:

т.е. алгебраическая сумма токов ветвей, сходящихся в любом узле, равна

нулю.

Рис. 1.11 Схема поясняющая законы Кирхгофа.

Физически первый закон Кирхгофа означает, что движение зарядов в цепи происходит так, что ни в одном из узлов они не скапливаются.

Второй закон Кирхгофа устанавливает связь между ЭДС, токами и сопротивлениями в любом замкнутом контуре, который можно выделить в рассматриваемой цепи.

В соответствии со вторым законом Кирхгофа алгебраическая сумма ЭДС, действующих в любом контуре разветвленной электрической цепи, равна алгебраической сумме падений напряжений на всех сопротивлениях контура

Рассмотрим электрическую цепь, изображенную на рис. 1.11,б. Обозначим стрелкой направление обхода контура. При составлении уравнений будем брать со знаком “плюс” те ЭДС и падения напряжений, направления которых совпадают с направлением обхода контура и со знаком “минус” те, которые направлены против обхода. Для цепи, изображенной на рис. 1.11,б второй закон Кирхгофа запишется в следующем виде:

Закон Ома, диагностика проблем современных автомобилей

Понимание вашего Проблемы с автомобилем могут быть довольно сложными. Однако изучение основ диагностики в Условия закона Ома могут сделать поиск и устранение неисправностей вашего автомобиля интересным. Просто положите, закон Ома может помочь вам объяснить причину электрической неисправности вашего автомобиля может иметь.

В этом посте вы узнать, что такое закон Ома; и как этот принцип можно использовать в вашем автомобиле диагностическое тестирование.

Закон Ома описывает взаимосвязь между тремя характеристиками электрическая цепь: поток электронов, сопротивление потоку в проводе или другой проводник и напряжение. В законе указано, что сила тока в проводнике между двумя точками прямо пропорциональна напряжение в двух точках.

Это закон объясняет, почему одни схемы работают нормально, а другие имеют проблемы. Для Например, лампа, обеспечивающая освещение ниже номинала, может иметь Проблема, вызванная чрезмерным сопротивлением в электрической цепи.Следовательно, использование закона Ома может помочь нам предсказать и объяснить, что происходит в такая электрическая система. Основываясь на том, что мы знаем об этом законе, когда электрическая цепь не работает должным образом, проблема обычно чрезмерное сопротивление.

В идеале когда система работает нормально, требуется 1 вольт, чтобы протолкнуть 1 ампер через 1 Ом (рис. 1-1) сопротивления. Так с законом Ома, если вы знаете два из трех параметров в уравнении, вы можно вычислить значение недостающего.Например, если вы знаете вольты и усилители, вы можете вывести значение сопротивления, протекающего через схема.

В автомобильной системе с 12-вольтовым батареи, ожидается, что если батарея положительная и вы пропустите ее через электрической цепи, к моменту прохождения нагрузки (двигатель, лампочка, и т. д.) и достигает отрицательного полюса батареи, чтобы замкнуть цепь, это будет до нуля вольт.

Это Концепция применима при проведении испытаний на падение напряжения. Это тестирование метод является одним из лучших способов найти электрическую неисправность в транспортном средстве. Этот основан на предположении, что напряжение падает по мере прохождения через цепь, так что вы можете сказать, где она используется, просто измерив напряжение в разных точках цепи.

Чтобы лучше понять эту концепцию, давайте посмотрите, как машина движется по определенной дороге, где дорога — это электрической цепи и газа, потребляемого автомобилем, является напряжение. Если транспортное средство что оставляет положительный штырь батареи с достаточным количеством газа, чтобы работать с нагрузкой и доходит до минусовой клеммы аккумулятора. К тому времени, когда машина достигает отрицательного аккумуляторный столб, в нем закончился бы бензин.Как уже говорилось, если газ напряжение, и автомобиль заводится на самом высоком уровне на положительном аккумуляторе терминал, это означает, что он окажется на нуле, когда достигнет отрицательного клемма аккумулятора.

Сейчас, давайте рассмотрим интересный сценарий, если где-то на трассе машина делает объезд и идет по другой дороге и решает не идти по дороге (цепь) полностью обратно к отрицательному аккумулятору. Ну, в этом случае мы называем это короткое замыкание. И когда это происходит, можно получить взорванный Плавкий или воспламеняющийся плавкий предохранитель или часть электрической системы.Это как результат неограниченного тока тока, возникающего во время короткого замыкания.

Вот другой сценарий, что делать, если машина встречает препятствие на дороге (контур) и мы расходуем больше газа, преодолевая препятствие на нашем пути обратно к минусу батареи. Теоретически автомобиль все еще может вернуться к отрицательному заряду аккумулятора, но так как мы потратили так много топлива (напряжения) на преодоление сопротивления и нагрузки, почти не осталось топлива для выполнения какой-либо работы.

Часто это происходит, когда у нас есть повышенное сопротивление в автомобильной электрической цепи. Например, если это стеклоподъемник, отвечающий за повышенное сопротивление, стеклоподъемник все равно будет работать; единственная проблема, это будет работать очень медленно. Эффект этого повышенного сопротивления что, когда нам нужно было пройти, чтобы вернуться к отрицательному заряду батареи, мы потратили значительное количество топлива (напряжения), преодолевающее сопротивление в цепи. Так как в результате меньшее количество топлива (напряжения) означает, что его недостаточно для работы мотора стеклоподъемника. на полную мощность.

Однако после проверки падения напряжения путь автомобильной электрической цепи, вы можете обнаружить часть цепь, в которой используется топливо (напряжение). Обычно это рассматривается как наибольшее падение нагрузки цепи, которое в случае более раннего Например, стеклоподъемник.

Как правило, Таким образом, падение напряжения выполняется в цепи под напряжением; можно посмотреть напряжение до и после двигателя (рис. 1-2) . Если цепь не активна, вы не получите никаких показаний.

При проверке напряжения после запуска двигатель, напряжение должно быть равно нулю. Это можно увидеть в каждой электрической цепи по закону Ома. Зная схему, вы можете определить, где напряжение расходуется, и это можно сделать, измерив напряжение на различные точки в схема, чтобы понять, как работает схема.

Так Вот и все, испытание на падение напряжения — отличный способ диагностики автомобиля. электрических цепей, но не следует забывать и об основах испытаний, которые Ом закон есть.

Ом | Encyclopedia.

Закон Ома представляет собой уравнение, описывающее взаимосвязь между напряжением на электрическом компоненте, электрическим сопротивлением компонента и током, протекающим через компонент.Он назван в честь своего первооткрывателя Георга Симона Ома (1789–1854). Ом обнаружил, что для большинства электрических цепей напряжение в цепи равно току, протекающему через цепь, умноженному на электрическое сопротивление цепи. При одном и том же напряжении цепь с низким сопротивлением будет иметь больший ток, чем цепь с большим сопротивлением. Напряжение, правильно называемое разностью потенциалов, измеряется в вольтах, а сила тока — в амперах. Таким образом, сопротивление измеряется в вольтах на ампер, определяемых как омы (Ом).

Закон Ома не является фундаментальным законом, который действует всегда, как, например, закон всемирного тяготения. Скорее, это эмпирический закон, который, как было установлено экспериментально, работает достаточно хорошо в большинстве случаев. Однако бывают случаи, обычно в крайних случаях, когда закон Ома нарушается. Например, если к цепи приложено высокое напряжение, закон Ома не будет предсказывать правильное значение тока. Несмотря на то, что закон Ома не всегда применим, он работает в большинстве повседневных ситуаций и поэтому очень полезен.

Например, почему короткое замыкание перегорает предохранитель или автоматический выключатель? Когда происходит короткое замыкание, большая часть электрического сопротивления в цепи шунтируется. Фактически создается новая цепь с очень низким сопротивлением. Итак, согласно закону Ома, если сопротивление очень мало, ток должен быть очень большим. Предохранители и автоматические выключатели предназначены для защиты цепи путем перегорания (плавления или размыкания), когда ток становится слишком большим. Следовательно, короткое замыкание создает ток, достаточный для размыкания цепи.

В цепи электронных устройств часто размещают резисторы для увеличения сопротивления и, следовательно, для ограничения тока. Кроме того, всякий раз, когда через сопротивление протекает ток, энергия рассеивается в виде тепла. Таким образом, нежелательное сопротивление тратит энергию впустую. Некоторые резистивные устройства, такие как нагревательные змеевики в фенах, предназначены для прямого преобразования большого количества электроэнергии в тепло.

19.1 Закон Ома | TEKS Guide

Постоянный и переменный ток

Подобно тому, как вода течет с большой высоты на низкую, электроны, которые могут свободно двигаться, перемещаются из места с низким потенциалом в место с высоким потенциалом.Аккумулятор имеет две клеммы с разным потенциалом. Если клеммы соединить токопроводящим проводом, будет протекать электрический ток (заряды), как показано на рис. 19.2. Затем электроны будут двигаться от клеммы батареи с низким потенциалом ( отрицательный конец ) по проводу и попадут в клемму батареи с высоким потенциалом (положительный конец ).

Рис. 19.2 Батарея имеет провод, соединяющий положительный и отрицательный полюса, что позволяет электронам перемещаться от отрицательного полюса к положительному полюсу.

Электрический ток — это скорость, с которой движется электрический заряд. Большой ток, например, используемый для запуска двигателя грузовика, очень быстро перемещает большое количество заряда, в то время как слабый ток, например, используемый для работы ручного калькулятора, перемещает небольшое количество заряда медленнее. В форме уравнения электрический ток I определяется как

, где ΔQΔQ — количество заряда, протекающего мимо данной области, а ΔtΔt — время, за которое заряд проходит мимо этой области.Единица СИ для электрического тока — ампер (А), названная в честь французского физика Андре-Мари Ампера (1775–1836). Один ампер — это один кулон в секунду, или

Электрический ток, движущийся по проводу, во многом подобен водяному току, движущемуся по трубе. Чтобы определить поток воды через трубу, мы можем подсчитать количество молекул воды, протекающих через данный участок трубы. Как показано на рис. 19. 3, электрический ток очень похож. Мы подсчитываем количество электрических зарядов, протекающих по сечению проводника; в данном случае проволока.

Рис. 19.3 Электрический ток, протекающий по этому проводу, равен заряду, прошедшему через поперечное сечение А, деленному на время, за которое этот заряд проходит сечение А .

Предположим, что каждая частица q на рис. 19.3 несет заряд q=1 nCq=1 nC, и в этом случае показанный общий заряд будет ΔQ=5q=5 nC, ΔQ=5q=5 nC. Если эти заряды пролетят площадь А за время Δt=1 нс Δt=1 нс, то ток будет

Обратите внимание, что мы приписали положительный заряд зарядам на рис. 19.3. Обычно отрицательные заряды — электроны — представляют собой подвижный заряд в проводах, как показано на рис. 19.2. Положительные заряды обычно застревают в твердых телах и не могут свободно перемещаться. Однако, поскольку положительный ток, движущийся вправо, аналогичен отрицательному току равной величины, движущемуся влево, как показано на рис. 19.4, мы определяем обычный ток как текущий в том же направлении, в котором протекал бы положительный заряд, если бы он мог двигаться. .Таким образом, если не указано иное, предполагается, что электрический ток состоит из положительных зарядов.

Также обратите внимание, что один кулон — это значительное количество электрического заряда, поэтому 5 А — это очень большой ток. Чаще всего вы увидите ток порядка миллиампер (мА).

Рис. 19.4 (а) Электрическое поле направлено вправо, ток движется вправо, положительные заряды движутся вправо. (b) Эквивалентная ситуация, но с отрицательными зарядами, движущимися влево.Электрическое поле и ток по-прежнему находятся справа.

Snap Lab

Овощной ток

Эта лаборатория помогает учащимся понять, как работает ток. Учитывая, что частицы, заключенные в трубе, не могут занимать одно и то же пространство, вталкивание большего количества частиц в один конец трубы вытеснит такое же количество частиц из противоположного конца. Это создает поток частиц.

Найдите соломинку и сушеный горошек, которые могут свободно перемещаться в соломе. Положите соломинку на стол и наполните ее горошком.Когда вы вставляете одну горошину с одного конца, с другого конца должна выйти другая горошина. Эта демонстрация является моделью электрического тока. Определите часть модели, которая представляет электроны, и часть модели, которая представляет подачу электроэнергии. За 30 с посчитайте, сколько горошин вы можете протолкнуть через соломинку. Когда закончите, вычислите ток горошин , разделив количество горошин на время в секундах.

Обратите внимание, что движение гороха основано на физическом столкновении горошин друг с другом; электроны толкают друг друга за счет взаимно отталкивающих электростатических сил.

Проверка захвата

Предположим, что через соломинку проходит четыре горошины в секунду. Если бы каждая горошина несла заряд в 1 нКл, какой был бы электрический ток через соломинку?

1. Электрический ток равен заряду горошины, умноженному на 1 нКл/горошину.
2. Электрический ток равен току горошины, рассчитанному в лаборатории, умноженному на 1 нКл/горошина.
3. Электрический ток будет равен току, рассчитанному в лаборатории.
4. Электрический ток равен заряду горошины, деленному на время.

Направление обычного тока – это направление, в котором будет течь положительный заряд . В зависимости от ситуации могут перемещаться положительные заряды, отрицательные заряды или и то, и другое. В металлических проводах, как мы видели, ток переносится электронами, поэтому движутся отрицательные заряды. В ионных растворах, таких как соленая вода, движутся как положительно заряженные, так и отрицательно заряженные ионы.Это верно и для нервных клеток. Чисто положительные токи относительно редки, но встречаются. История приписывает американскому политику и ученому Бенджамину Франклину описание тока как направления, в котором положительные заряды текут по проводу. Он назвал тип заряда, связанного с электронами, отрицательным задолго до того, как стало известно, что они несут ток во многих ситуациях.

Когда электроны движутся по металлической проволоке, они сталкиваются с препятствиями, такими как другие электроны, атомы, примеси и т. д.Электроны разлетаются от этих препятствий, как показано на рис. 19.5. Обычно электроны теряют энергию при каждом взаимодействии. Таким образом, для поддержания движения электронов требуется сила, которая обеспечивается электрическим полем. Электрическое поле в проводе направлено от конца провода с более высоким потенциалом к ​​концу провода с более низким потенциалом. Электроны, несущие отрицательный заряд, в среднем движутся (или дрейфуют ) в направлении, противоположном электрическому полю, как показано на рисунке 19.5.

Рис. 19.5 Свободные электроны, движущиеся в проводнике, часто сталкиваются с другими электронами и атомами. Показан путь одного электрона. Средняя скорость свободных электронов направлена ​​против электрического поля. Столкновения обычно передают энергию проводнику, поэтому для поддержания постоянного тока требуется постоянная подача энергии.

До сих пор мы обсуждали ток, который постоянно движется в одном направлении. Это называется постоянным током, потому что электрический заряд течет только в одном направлении.Постоянный ток часто называют DC ток.

Многие источники электроэнергии, такие как гидроэлектростанция, показанная в начале этой главы, производят переменный ток, в котором направление тока меняется вперед и назад. Переменный ток часто называют , переменный ток . Переменный ток движется вперед и назад через равные промежутки времени, как показано на рис. 19.6. Переменный ток, поступающий из обычной настенной розетки, не меняет направление внезапно.Скорее, он плавно увеличивается до максимального тока, а затем плавно уменьшается до нуля. Затем он снова растет, но в противоположном направлении, пока не достигнет того же максимального значения. После этого она плавно уменьшается до нуля, и цикл начинается заново.

Рис. 19.6 При переменном токе направление тока меняется на противоположное через равные промежутки времени. На графике вверху показана зависимость тока от времени. Отрицательные максимумы соответствуют току, движущемуся влево.Положительные максимумы соответствуют току, движущемуся вправо. Между этими двумя максимумами ток регулярно и плавно чередуется.

К устройствам, использующим переменный ток, относятся пылесосы, вентиляторы, электроинструменты, фены и многие другие. Эти устройства получают необходимую им мощность, когда вы подключаете их к сетевой розетке. Настенная розетка подключена к электросети, которая обеспечивает переменный потенциал (потенциал переменного тока). Когда ваше устройство подключено к сети, потенциал переменного тока перемещает заряды вперед и назад в цепи устройства, создавая переменный ток.

Однако многие устройства используют постоянный ток, например компьютеры, сотовые телефоны, фонарики и автомобили. Одним из источников постоянного тока является батарея, которая обеспечивает постоянный потенциал (потенциал постоянного тока) между своими клеммами. Когда ваше устройство подключено к аккумулятору, потенциал постоянного тока перемещает заряд в одном направлении по цепи вашего устройства, создавая постоянный ток. Другой способ получения постоянного тока — использование трансформатора, который преобразует переменный потенциал в постоянный. Небольшие трансформаторы, которые можно подключить к настенной розетке, используются для зарядки ноутбука, мобильного телефона или другого электронного устройства.Люди обычно называют это зарядным устройством или аккумулятором , но это трансформатор, который преобразует переменное напряжение в постоянное напряжение. В следующий раз, когда кто-то попросит одолжить ваше зарядное устройство для ноутбука, скажите им, что у вас нет зарядного устройства для ноутбука, но они могут одолжить ваш переходник.

Рабочий пример

Ток при ударе молнии

Удар молнии может передать до 10201020 электронов из облака на землю. Если удар длится 2 мс, какова средняя сила тока в молнии?

СТРАТЕГИЯ

Используйте определение тока I=ΔQΔtI=ΔQΔt.Заряд ΔQΔQ из 10201020 электронов составляет ΔQ=neΔQ=ne, где n=1020n=1020 — число электронов, а e=−1,60×10−19 Ce=−1,60×10−19 C — заряд электрона. Это дает

Время Δt=2×10−3 с Δt=2×10−3 с – это продолжительность удара молнии.

Решение

Сила тока при ударе молнии

Обсуждение

Знак минус отражает тот факт, что электроны несут отрицательный заряд.Таким образом, хотя электроны текут от облака к земле, положительный ток определяется как течет от земли к облаку.

Рабочий пример

Средний ток для зарядки конденсатора

В цепи, содержащей конденсатор и резистор, требуется 1 мин для зарядки конденсатора емкостью 16 мкФ от 9-вольтовой батареи. Какова средняя сила тока за это время?

СТРАТЕГИЯ

Мы можем определить заряд конденсатора, используя определение емкости: C=QVC=QV.Когда конденсатор заряжается от 9-вольтовой батареи, напряжение на конденсаторе будет V = 9   VV = 9   В. Это дает заряд

Подставляя это выражение для заряда в уравнение для тока I=ΔQΔtI=ΔQΔt, мы можем найти средний ток.

Решение

Средний ток

Обсуждение

Этот малый ток типичен для тока, встречающегося в цепях, подобных этой.

Цепи и закон Ома: Физика: TI Science Nspired

Контролируйте настройки файлов cookie

Вы можете контролировать свои предпочтения относительно того, как мы используем файлы cookie для сбора и использования информации, когда вы находитесь на веб-сайтах TI, настраивая статус этих категорий.

Категория	Описание	Разрешить
Аналитические и эксплуатационные файлы cookie	Эти файлы cookie, в том числе файлы cookie из Google Analytics, позволяют нам распознавать и подсчитывать количество посетителей на сайтах TI, а также отслеживать, как посетители перемещаются по нашим сайтам. Это помогает нам улучшить работу сайтов TI (например, упрощая поиск информации на сайте).
Рекламные и маркетинговые файлы cookie	Эти файлы cookie позволяют размещать рекламу на основе интересов на сайтах TI и сторонних веб-сайтах с использованием информации, которую вы предоставляете нам при взаимодействии с нашими сайтами.Объявления на основе интересов отображаются для вас на основе файлов cookie, связанных с вашими действиями в Интернете, такими как просмотр продуктов на наших сайтах. Мы также можем передавать эту информацию третьим лицам для этих целей. Эти файлы cookie помогают нам адаптировать рекламные объявления, чтобы они лучше соответствовали вашим интересам, управлять частотой, с которой вы видите рекламу, и понимать эффективность нашей рекламы.
Функциональные файлы cookie	Эти файлы cookie помогают определить, кто вы, и сохраняют информацию о вашей деятельности и учетной записи, чтобы обеспечить расширенные функциональные возможности, включая более персонализированный и актуальный опыт на наших сайтах. Если вы не разрешите использование этих файлов cookie, некоторые или все функции и службы сайта могут работать неправильно. Если вы не разрешите эти файлы cookie, некоторые или все функции и службы сайта могут работать неправильно.
Файлы cookie социальных сетей	Эти файлы cookie позволяют идентифицировать пользователей и контент, связанный с онлайн-социальными сетями, такими как Facebook, Twitter и другие платформы социальных сетей, и помогают TI улучшить охват социальных сетей.
Строго необходимо	Эти файлы cookie необходимы для работы сайтов TI или для выполнения ваших запросов (например, для отслеживания того, какие товары вы положили в свою корзину на TI.com, для доступа к безопасным областям сайта TI или для управления настроенными настройки файлов cookie).	Всегда включен

Закон Ома

Происхождение

Предположим у вас была следующая схема. Если вы начали с низкого напряжения и постепенно увеличил его (заменив батарейку или включив кнопку на источнике питания), что будет с током?

Временное отступление: не путайте термины ток и напряжение. Если бы мы говорили о течении реки, мы бы говорили о количестве вода, которая проходила каждую секунду. В электричестве ток – это количество заряда измеряется в кулонах, что проходит каждую секунду. 1A = 1C/s .(Кулон равен количество заряда, переносимого 6,25 X 10 90 270 18 90 271 электронов).

Когда электроны выходят из батареи они в конечном итоге возвращаются к положительной клемме. Внутри батареи есть химические вещества, которые стремятся высвободить электроны [(-) сторона] и другие, которые готовы принять их обратно [(+) сторона] Существует разность потенциалов между областью, где электроны скучены, и свободной областью, просто как будто есть разница в энергии между вершиной и низом горнолыжного склона.Напряжение является мерой этой разности потенциальной энергии в джоулях на кулон заряжать. 1 В = 1 Дж/Кл.

Текущий бы продолжать увеличиваться пропорционально напряжению, как показано в таблице данных ниже.

Наклон графика тока (y) в зависимости от напряжения (x) равен известная как проводимость, G, которая измеряется в Siemens (S)

В этом случае наклон = = G = проводимость цепь, которая примерно соответствует проводимости лампочки.

Другая электрическая собственность, чаще используется, чем проводимость , сопротивление , который измеряется в Ом ( Вт) . Сопротивление — это мера того, насколько трудно электронам пройти через вещество. Сопротивление преобразует

электрической энергии в тепловую.

Р = 1/Г = 1/1,33 = 0,75 Вт. = сопротивление цепи, которое приблизительно равно сопротивлению лампочки.

Исходя из этого, какова связь между V, I и R?

Так как G = I/R и так как R = 1/G, то R = V/I. Перемножая крестиком получаем:

Закон Ома: В = ИК

Примеры закона Ома

1. Сопротивление 10 Вт подключено к батарее 9 В. какой ток проходит через батарею?

Использование закона Ома,

В = ИК

9 = 1 (10)

Я = 0.9 А

2. а. Резистор имеет проводимость 0,100 S . Каково его сопротивление?

R = 1/G = 1/0,100 = 10 Вт

б. Какое напряжение необходимо, чтобы протекал ток силой 500 мА? через цепь?

500 мА = 0,500 А

В = ИК

В = 0,500(10) = 5 В

3.какой это общее сопротивление портативного проигрывателя компакт-дисков, если он работает от сети 3 В. батарея и ток 0,75 А через его схему?

В = ИК

3 = 0,75(R)

Р = 4,0 Вт.