Содержание
формула, определение простыми словами, задачи с решением
Закон Ома — главный закон электротехники, который открыл в 1826 году выдающийся немецкий ученый Георг Симон Ом. Вместе с экспертом разберем формулировку, формулу и задачи на закон Ома с решением
Борис Михеев
Автор КП
Николай Герасимов
Старший преподаватель физики в
Домашней школе «ИнтернетУрок»
Физика — наука эмпирическая. Ее основные законы вытекают из практического опыта и частенько много лет не имеют теоретических обоснований. Именно так обстоит дело с главным законом электротехники, который открыл в 1826 году выдающийся немецкий ученый Георг Симон Ом.
Электрические явления люди наблюдали сотни лет. Но никак не связывали между собой заряженность потертого янтаря и молнию. Только на исходе XVIII столетия электричество стали внимательно исследовать. В 1795 году Алессандро Вольта изобрел «вольтов столб», химическую батарею, и обнаружил появление тока в проводнике, соединяющем ее полюса.
Сферы применения электричества стремительно множились, и появилась острая необходимость в расчетных формулах для инженеров. Эту задачу решали многие ученые, но первым сформулировал главную формулу электротехники именно Георг Ом. Он ввел в обиход понятие сопротивления и опытным путем установил зависимость между основными характеристиками электрической цепи.
Определение закона Ома простыми словами
Электрическая цепь состоит из двухполюсного источника напряжения, то есть батареи, аккумулятора или генератора. Если полюса источника соединить проводами, то по ним потечет электрический ток. Его величина определяется сопротивлением проводников. Наглядное представление этой зависимости — обыкновенный водопровод. Аналогом источника напряжения является насос или водонапорная башня, создающая давление в магистрали, количество воды, прошедшее по трубе, — подобие силы тока, а кран соответствует сопротивлению. Полностью открытый, он не ограничивает поток, по мере закручивания отверстие для воды уменьшается, пока не закроется совсем.
Закон Ома для участка цепи
Опытным путем исследователь установил взаимосвязь характеристик электрической цепи. Классическая формулировка закона Ома звучит так:
«Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению».
Формула закона Ома для участка цепи
Где I – сила тока, измеряемая в Амперах (А), U – напряжение, измеренное в Вольтах (В), R – сопротивление, измеряемое в Омах (Ом).
В таком виде закон Ома приведен в школьных учебниках физики. Согласно этой простой формуле, для определения уровня тока в проводнике достаточно величину напряжения на его сторонах разделить на некий условно постоянный коэффициент, то есть на сопротивление. Почему «условно»? Потому что величина сопротивления может меняться в зависимости от температуры. Поэтому, кстати, лампы накаливания чаще всего перегорают при включении. Сопротивление холодной спирали ниже, чем нагретой, скачок тока при подаче напряжения вызывает ее резкое расширение и разрыв.
Но если этот момент преодолен и нить накала уцелела, то ее сопротивление растет, и ток ограничивается. А при температуре жидкого гелия, например, сопротивление падает до нуля, наступает сверхпроводимость.
Закон Ома для замкнутой полной цепи
Предыдущая формулировка годится только для участка цепи, где отсутствует сам источник электродвижущей силы. В реальности ток течет по замкнутому контуру, где обязательно есть батарея или генератор, имеющий собственное внутреннее сопротивление. Поэтому формула закона Ома для полной цепи выглядит несколько сложнее
Формула закона Ома для замкнутой полной цепи
Где I – сила тока, измеряемая в Амперах (А), Е – электродвижущая сила, измеренная в Вольтах (В), R – сопротивление, измеряемое в Омах (Ом), r — внутреннее сопротивление источника ЭДС.
Применение закона Ома
Георг Ом дал в руки инженеров средство для решения задач, связанных с электрическими цепями.
Тепловые и световые приборы, электродвигатели, генераторы, линии электропередач, кабели связи рассчитываются на основе этой простой формулы. Нет такой области электротехники, где она не находит применения. Даже в радиотехнике используется закон Ома, но в дифференциальной форме. «Все гениальное — просто», как считали Еврипид, Леонардо да Винчи, Наполеон Бонапарт и Альберт Эйнштейн, несомненные гении. Закон Ома целиком и полностью подтверждает эту истину.
Задача на закон Ома с решением
Задача для участка электрической цепи
Электрочайник, включенный в сеть с напряжением 220 В, потребляет ток 1,1 А. Каково сопротивление электрочайника.
Дано:
U = 220 В
I = 1,1 А
Решение:
Согласно закону Ома для участка цепи:
R=U/I=220/1,1=200 Ом
Ответ: R = 200 Ом.
Задача для полной замкнутой цепи
Источник постоянного тока с ЭДС E = 24 В и внутренним сопротивлением r = 1,5 Ом замкнут на внешнее сопротивление R = 11 Ом.
Определить силу тока в цепи.
Дано:
Е=24 В, r=1,5 Ом, R = 11 Ом
Решение:
По закону Ома для замкнутой цепи: I = E/(R + r) = 24/(11+1,5) = 1,92 А.
Ответ: I=1, 92 А.
Популярные вопросы и ответы
Отвечает Николай Герасимов, старший преподаватель физики в Домашней школе «ИнтернетУрок»
Сколько всего законов Ома в физике?
— Существует два закона Ома: закон Ома для участка цепи и закон Ома для полной (замкнутой) цепи. Первый связывает сопротивление участка, силу тока в нём и разность потенциалов (напряжение) на его концах. Кроме того, в нем отражено наличие в цепи источника тока.
Второй учитывает и потребителей электрического тока (электрические лампы, обогреватели, телевизоры и так далее), и его источники (генераторы, батарейки, аккумуляторы). Дело в том, что любой источник тока обладает внутренним сопротивление, которое влияет на силу тока.
Именно это и учитывается в законе Ома для полной (замкнутой) цепи.
При каких условиях выполняется закон Ома?
Согласно закону Ома, существует линейная зависимость между силой тока в участке цепи и напряжением на его концах. Он отлично выполняется для металлических проводников при любых напряжениях, а вот для тока в вакууме, газе, растворах или расплавах электролитов, полупроводниках линейная зависимость нарушается, и применять закон Ома в том виде, в котором его изучают в школьном курсе, уже нельзя.
Для чего нужен закон Ома?
— Трудно переоценить значимость этого закона. Он позволил производить расчет электрических цепей, без которых практически невозможно представить жизнь современного человека, так как они лежат в основе любого электроприбора, начиная от обычной лампы накаливания и заканчивая самыми современными компьютерами.
В каком классе проходят закон Ома?
— В школьном курсе ученики впервые знакомятся с электрическими явлениями и законом Ома для участка цепи в 8 классе.
Более подробно о причинах возникновения электрического тока и его источниках ученики знакомятся в курсе старшей школы (10 или 11 класс, в зависимости от программы). Здесь же ученики впервые встречаются и с законом Ома для полной (замкнутой) цепи.
Фото на обложке: pixabay.com
Формула электрического сопротивления от А до Я
Появление электрического тока наступает при замыкании цепи, когда на зажимах возникает разность потенциалов. Перемещение свободных электронов в проводнике осуществляется под действием электрического поля. В процессе движения, электроны сталкиваются с атомами и частично передают им свою накопившуюся энергию. Это приводит к уменьшению скорости их движения. В дальнейшем, под влиянием электрического поля, скорость движения электронов снова увеличивается. Результатом сопротивления становится нагревание проводника, по которому течет ток. Существуют разные способы расчетов этой величины, в том числе и формула удельного сопротивления, применяющаяся для материалов с индивидуальными физическими свойствами.
Что надо знать про электрические процессы
Если говорить простым языком, то под сопротивлением принято понимать свойство среды, по которой протекает электрический ток, снижающее его величину.
Так работают провода и изоляторы высоковольтной линии электропередач, показанные на верхней картинке, да и любое вещество.
Изоляторы обладают очень высокими диэлектрическими свойствами, изолируют высоковольтное напряжение, присутствующее на токоведущих шинах от контура земли. Это их основное назначение.
Провода же должны максимально эффективно передавать транслируемые по ним мощности. Их создают так, чтобы они обладали минимальным электрическим сопротивлением, работали с наименьшими потерями энергии на нагрев.
В этом случае передача электричества от источника напряжения к потребителю на любое расстояние будет проходить эффективно.
Приведу для примера картинку из предыдущей моей статьи.
Ее, как и верхнюю, можно представить таким обобщенным видом.
На внешнем участке цепи токоведущие жилы отделены друг от друга воздушной средой и слоем изоляции с высокими диэлектрическими свойствами.
Хорошей проводимостью обладают токоведущие жилы. Подключенный к ним электрический прибор функционирует оптимально.
Как работает резистор
Ток в металлах проходит под действием приложенного напряжения за счет направленного движения электронов. При этом они соударяются, встречаются с положительно и отрицательно заряженными ионами.
Такие столкновения повышают температуру среды, уменьшают силу тока.
За направление электрического тока в электротехнике принято движение заряженных частиц от плюса к минусу. Электроны же движутся от катода к аноду.
Электрическое сопротивление металла зависит от его структуры и геометрических размеров.
Аналогичные процессы протекают в любой другой токопроводящей среде, включая газы или жидкости.
Какие существуют виды сопротивлений
В домашних электрических приборах используется большое разнообразие резисторов с постоянной или регулируемой величиной.
Они ограничивают величину тока всех бытовых устройств, а в наиболее сложных модулях их количество может достигать тысячи или более.
Резисторы работают практически во всех схемах.
При использовании в цепях переменного тока они обладают активным сопротивлением, а конденсаторы и дроссели — реактивным.
Причем, на конденсаторах создается емкостное сопротивление, а у дросселей — индуктивное.
Реактивная составляющая на конденсаторах и дросселях сильно зависит от частоты электромагнитного колебания.
2 Шутки электриков о токах через конденсатор и дроссель
Их я привожу потому, что они позволяют запомнить характер прохождения тока через реактивные элементы.
Шутка №1 о емкости
В домашней сети и внутри многих приборов работают переменный и постоянный токи. Они по-разному ведут себя, если встречают на своем пути конденсатор.
Поскольку он состоит из двух токопроводящих пластин, разделенных слоем диэлектрика, то его обозначают на схемах двумя жирными черточками, расположенными параллельно. К их серединам подключены провода, нарисованные перпендикулярными линиями.
Переменный ток имеет форму гармоничной синусоиды, состоящей из двух симметричных половинок.
Такая гармоника движется от начала координат, встречает на своем пути обкладки, переваливается через них и, скатившись, начинает обгонять приложенное напряжение.
Постоянный ток таким свойством не обладает. Его тупой конец просто упирается в обкладку и останавливается. Пройти через конденсатор он не может. Это для него непреодолимое препятствие.
Шутка №2 о дросселе
Индуктивность выполнена витками изолированного провода. Любой ток проходит по нему. Но синусоида своими волнами путается в витках катушки, начинает отставать от напряжения.
Постоянка же спокойно перемещается внутри провода дросселя без ощущения какого-либо значительного противодействия. Поэтому постоянное напряжение может своим током спалить дроссель, созданный для работы на переменке.
Что же это за зверь: сверхпроводимость
Сто лет назад выявлена способность определенных металлов полностью терять свое сопротивление электрическому току при сверхнизких температурах. Выглядит этот процесс следующим образом.
Со сверхпроводниками домашний мастер не работает. Но на верхнюю часть приведенного графика рекомендую обратить внимание: нагрев металла повышает его электрическое сопротивление.
При электротехнических расчетах, требующих получения точного результата, необходимо учитывать температурный коэффициент, взятый из справочников.
Определение удельной проводимости
С учетом приведенных сведений можно уточнить физические процессы и основные определения. Если к проводнику подсоединить источник тока, напряжение создаст разницу потенциалов между контрольными точками. За счет внешнего источника энергии обеспечивается движение зараженных частиц. На их перемещение оказывают влияние:
- свойства и структура вещества;
- наличие посторонних примесей;
- однородность материала;
- механические дефекты.
Базовые характеристики
Перечисленные факторы определяют удельный параметр, что будет означать эталонную величину.
Чтобы найти полное собственное сопротивление, учитывают поправочный коэффициент, который обусловлен свойствами и перечисленными выше особенностями материала. Как показано на рисунке, для расчета определенного изделия надо знать его размеры. Проводимость – обратная величина.
Как просто вычислить сопротивление по закону Ома из электрических величин
Шутки и их разъяснения закончились, хотя они приведены для объяснения поведения токов внутри индуктивностей и емкостей. Пора переходить к расчетам.
Его позволяет выполнить одна из формул, приведенных в шпаргалке электрика. Для этого достаточно знать два из трех электрических параметров: ток I, мощность P или напряжение U.
Если же вам лениво вычислять цифры, то можете спокойно использовать онлайн калькулятор закона Ома. Он избавит вас от сложных арифметических действий.
Теги
Акушерство Антиноцицептивное действие Бруцеллез Гурты Денежная оценка земель Земельный кадастр КЛЕЩЕЙ Киста Нарисна геометрія Пастереллез Половой цикл Реалізація зерна Сальмонеллез Случка Туберкулез Туберкулин Устройство территории аборт актиномикоз блохи бонитировка почв виробництво зерна гінекологія документ дрожжи ефективності виробництва жеребец животноводство заплідненость землепользование клещ косячная случка мтп оценка земель паратиф почва противоэрозионных ринок зерна самосогревания спермії столовые вина сухие вина тесты по химии шейка матки эндометрит
Формула электрического сопротивления по свойствам среды: научный подход
Электротехника давно использует термин: удельное сопротивление.
Он учитывает свойства материала токопроводящей среды с ее размерами: длиной и поперечным сечением, через которое протекает электрический ток.
Все данные для него получены в результате многочисленных исследований и сведены в таблицы. Для бытовых вычислений достаточно следующих сведений.
Таблица характеристик металлов, используемых в быту
| Металл провода | Удельное сопротивление (Ом∙мм.кв/м) |
| Медь техническая | 0,017 |
| Алюминий | 0,028 |
| Стальные сплавы | 0,11 |
| Свинец | 0,21 |
| Сплавы нихрома | 1,11 |
На основе этих данных удобно подбирать провода, детали, вычислять их сопротивление R либо определять другие параметры.
Например, нас интересует сопротивление проволоки нихрома диаметром 1 мм, при температуре 20 градусов.
Определяем площадь поперечного сечения через площадь круга.
S = 3.14 x 1 x 1 / 4 = 0,785 мм кв.
Делаем расчет на основе приведенной формулы.
R = 1,1 х 5 / 0,785 = 7 Ом
Простой онлайн калькулятор сопротивления проводов
Его назначение — облегчить работу с формулами и арифметическими действиями. Он позволяет решать одну из двух часто встречающихся задач:
- Определение сопротивления провода.
- Расчет его длины.
Достаточно заполнить исходные данные в соответствующей размерности и нажать кнопку “Рассчитать”.
Таблица значений
Измерение материалов опытным путём позволило установить, чему равно удельное сопротивление проводника без выполнения расчётов. Эти значения были записаны в таблице как постоянные величины и их используют при вычислениях любого проводника правильной формы. Следует отметить, что изначально использовался параметр, называемый удельной проводимостью: σ = 1/ρ. Но из-за большего удобства в задачах применяют не его, а сопротивление.
| Название материала | Значение [Ом * м] |
| Алюминий | 2,5 * 10-8 |
| Вольфрам | 5,3 * 10-8 |
| Железо | 9,9 * 10-8 |
| Олово | 1,13 * 10-7 |
| Серебро | 1,58 * 10-8 |
| Цинк | 5,95 * 10-8 |
| Медь | 1,68 * 10-8 |
| Свинец | 2,07 * 10−7 |
| Полиэтилен | 1016 |
| Этилцеллюлоза | 1014 |
| Каучук | 1015 |
| Трансформаторное масло | 1014 |
| Дистиллированная вода | 104 |
Из приведённого списка можно видеть, чем отличаются проводниковые материалы от изолирующих.
Если у первых значения параметра кратно 10-8, как, например, для металлических веществ, то у вторых он имеет значение порядка 1014. Но значение удельного сопротивления для веществ будет отличаться при изменении температуры окружающей среды. В справочниках и приведённой таблице результаты измерений указаны при 200С.
Опыты показали, что с увеличением температуры проводимость для металлов уменьшается, а с уменьшением нагревания — увеличивается. Причём изменение сопротивления составляет порядка 0,4% на 1 градус по Цельсию. Так как при охлаждении или нагреве линейные характеристики материала изменяются ничтожно мало, основное влияние здесь оказывает удельное сопротивление.
Если известно значение ρ при 200C, его можно пересчитать для любой другой температуры. Для этого используют формулу расчёта удельного сопротивления с учётом температурного коэффициента: ρ = ρt * (1 + a *(t — 200С), где:
- ρt — табличное значение;
- t — температура;
- a — коэффициент, зависящий от температуры.
Температурный коэффициент можно найти как отношение изменения ρ при увеличении или снижении нагрева на один градус: a = (1/ρ) * (dρ/dT). C физической точки зрения зависимость можно объяснить тем, что с ростом температуры происходит увеличение числа рассеивания электронов на фотонах (рост тепловых колебаний), поэтому кривая зависимости сопротивления от температуры имеет вид возрастающей части параболы.
Формулы расчета электрического сопротивления для переменного тока простыми словами
Переменное напряжение наводится вращением рамки (ротора генератора) в магнитном поле (создается обмоткой или магнитами статора).
Ток потребителя, подключенного к выводам генератора, по-разному ведет себя на резисторе, индуктивности и конденсаторе.
Формула активного сопротивления
Резисторы изготавливают из металлов с повышенными удельными характеристиками для ограничения силы тока без изменения его направления.
Синусоиды токов и напряжений на резисторе совпадают по времени.
В векторном выражении они обладают одинаковым направлением.
Активное сопротивление переменному току вычисляется по закону Ома так же, как и при постоянной форме напряжения.
Формула индуктивного сопротивления
В обмотках катушек электромагнитов, дросселей, трансформаторов наводится электродвижущая сила индукции. Она взаимодействует с приложенным переменным напряжением. В результате происходит сдвиг фазы тока относительно направления вращения электромагнитного поля (ротора генератора).
Формула индуктивного сопротивления XL сильно зависит от частоты тока f и индуктивности L.
Ток в такой цепи сдвигается от напряжения и отстает от него на 90 угловых градусов.
Число ∏ в формуле отображает отношение длины окружности к ее диаметру (3,14).
Формула емкостного сопротивления ХС
Конденсатор состоит из двух токопроводящих пластин, отделенных слоем диэлектрика. При появлении на них напряжения они накапливают электрический заряд.
Его энергия постоянно взаимодействует с приложенным переменным напряжением.
Поэтому в цепи создается ток, зависящий от частоты электромагнитного сигнала и емкости конденсатора.
Он сдвигается вперед от вектора напряжения по направлению вращения поля.
Формула полного сопротивления
Электротехника, как и сама жизнь, описывает явления, переплетенные между собой, а не в чистом виде.
Электрическая энергия, поступающая к нам в квартиру по проводам и кабелям от трансформаторной подстанции, преодолевает:
- активное сопротивление токоведущих шин;
- емкость кабельных линий;
- индуктивное противодействие обмоток трансформаторов.
Поэтому для расчетов применяют метод полного сопротивления, выражаемый законом прямоугольного треугольника.
Каждая его сторона отображает определенную характеристику сопротивления:
- гипотенуза — суммарную, полную величину Z:
- прилегающий катет — активную составляющую R;
- противолежащий — реактивную X, представленную геометрической суммой емкостного XL и индуктивного сопротивления XC.
Точно так же каждая сторона этого треугольника создает определенную величину затраченной мощности электрической энергии.
На активном участке создается мощность, совершающая полезную для нас работу, обеспечивающую вращение роторов электродвигателей, свечение осветительных приборов, нагрев обогревателей и другие нужные действия.
Полная мощность, расходуемая всеми видами потребителей, состоит из полезной активной и потерь, создающих индуктивными и емкостными составляющими. Они снижают эффективность работы электрической системы. Поэтому с ними борются.
Запомнить роль реактивной мощности помогает простая и наглядная картинка, естественно, выраженная в шутливой форме.
Однако стоит понимать, что угол φ, образованный между гипотенузой и прилегающим к нему катетом, характеризует величину реактивной части, создающей бесполезные потери энергии. Ее всегда стремятся снизить.
Что такое вольтамперная характеристика
Металлы в обычном состоянии формируют электрический ток строго по прямолинейной характеристике в зависимости от величины приложенного напряжения.
У других сложных веществ и индуктивностей этот принцип не соблюдается. Зависимость выражается кривыми линиями и называется вольтамперной характеристикой.
ВАХ индуктивностей
Характер протекания тока зависит от величины индуктивности. Если в рабочей обмотке возникает пробой изоляции, приводящий к образованию короткозамкнутого витка, то вольтамперная характеристика резко изменяет свой вид: падает.
За счет уменьшения индуктивного сопротивления при меньшем значении величины приложенного напряжения в обмотке начинают протекать бОльшие токи.
Они свидетельствуют о возникновении неисправности, требующей немедленного устранения. Поэтому снятие ВАХ является обязательным элементом проверки исправности обмоток всех видов трансформаторов или дросселей.
Она выполняется различными методами с определением состояния точки перегиба характеристики.
ВАХ полупроводникового прибора
На правой картинке показан один из примеров работы нелинейного элемента — диода.
В первой четверти квадранта проходит прямой участок характеристики, а у третьей — обратный.
На прямом участке повышение напряжения выше точки перегиба ведет к открытию переходного полупроводникового слоя и пропусканию через него тока практически по прямой линейной характеристике.
Такие же действия на обратном участке ведут к потере диодом своих свойств.
Изменения проводника при увеличении длины
Во время испытаний замечено, что при увеличении длины проводника его электрическое сопротивление увеличивается. Для проведения эксперимента, необходимо выбрать заготовки из одинакового материала. К примеру, это может быть проволока из никелина. Для считывания параметров используется амперметр, который подключен к зажимам.
Устанавливая заготовки меньшей длины, отмечено, что ток в цепи увеличивается. Даже на одном изделии можно поиграться с амперметром. Поставив щуп на середину заготовки, к примеру, может отображаться значение 50 ампер.
Показатель амперметра
Интересно! Если отводить его в сторону, к краю, чтобы увеличить дальность держателя, показатель тока будет снижаться.
Тоже самое, касается проводников из других материалов.
Закон Шварцнегера или как надо обеспечивать надежную работу резистора под нагрузкой
Знаменитый на весь мир атлет Арнольд постоянно тренировался по методике нашего советского силача Юрия Власова. Он брал его опыт за основу и даже приезжал в Россию погостить к своему кумиру.
В основе метода постоянных результативных тренировок положен принцип не столько полноценного питания и отдыха, сколько подбор правильных нагрузок, которые должен преодолевать организм.
Все это полностью соответствует законам электротехники, применяется в работе любого электрического сопротивления. Рассмотрим его на примере резистора: так проще для понимания.
Его металл не только пропускает электрический ток, но и нагревается, выделяя тепло. Нагрев увеличивается с повышением тока. При этом температура может снижаться за счет теплоотвода в окружающую среду или увеличиваться в герметичном, не теплопроводящем объеме.
Так работает электропроводка, выполненная одним и тем же кабелем, проложенным открыто по стенам или спрятанным в штробах.
В первом случае от нагревающегося током кабеля тепло отводится в окружающий воздух за счет его естественной циркуляции, а во втором нагрев идет более интенсивно.
Однако повышать температуру жил можно только до определенной величины. За ее рабочим диапазоном вначале происходит разрушение слоя изоляции, а потом — простое перегорание металла, когда проводка сгорает.
На этом примере я попытался показать, что любой резистор обладает запасом тепловой мощности, за который его нельзя переводить.
Для облегчения работы электриков всем видам резисторов введен термин мощности теплового рассеивания. Она указывается в технической документации или прямо на корпусе, измеряется ваттами. Ее же показывают на электрических схемах.
Как выбрать резистор по тепловой нагрузке за 2 шага
Действуют по следующему алгоритму:
- Вначале определяют мощность, которая будет проходить через искомый резистор. Достаточно перемножить величину номинального тока на напряжение, выразить полученное значение в ваттах.
- Под эту величину из всего многообразия элементов подбирают тот, который соответствует по значению сопротивления и обладает мощностью теплового рассеивания не меньшего номинала.
Желательно брать его с небольшим резервом. Он не будет лишним для работы в критических ситуациях электрической схемы, но повлияет на габариты устройства.
Зависимость от свойств напряжения
После простого преобразования основной формулы можно составить корректное выражения для напряжения:
U = I * R.
Источник тока генерирует электричество. Подключенный резистор потребляет энергию с трансформацией в тепло. Для подержания определенной силы тока необходимо установить соответствующее напряжение.
Измерительная схема, графики
На графиках показаны вольтамперные характеристики разных приборов. Первые два демонстрируют линейные зависимости, в которых изменяется только угол наклона прямой линии (зависимость от электрического сопротивления резистора).
Если подключить полупроводниковый диод, график существенно изменится.
По рисунку можно определить малое сопротивление в области положительных значений U. Однако после изменения полярности увеличение отрицательного напряжения не сопровождается аналогичным изменением силы тока. Одностороннюю проводимость, в частности, используют для выпрямления сигналов.
На последнем графике сдвинутая точка перехода нулевого значения силы тока обозначает ЭДС источника питания. Как и в предыдущем примере, небольшой угол по отношению к вертикали показывает малое внутреннее сопротивление АКБ.
Полезные примеры из жизни
Как продлить ресурс лампы накаливания
В пожарном депо Ливермоля (Калифорния) зарегистрирован рекорд рабочего режима осветительной лампы: 117 лет. Она практически непрерывно выполняет свою задачу с 1901 года по настоящее время.
Такой ресурс обеспечен за счет:
- правильного выбора сопротивления, ограничивающего ток через нить накала и создания экономного режима освещения;
- беспрерывной работы, исключающей переходные процессы при включениях/выключениях, сопровождаемые бросками токов;
- надежной конструкции.
Закон Ома
Закон Ома показывает линейную зависимость между напряжением и током в электрической цепи.
Падение напряжения и сопротивление резистора задают постоянный ток, протекающий через резистор.
По аналогии с потоком воды мы можем представить себе электрический ток как ток воды по трубе, резистор как тонкую трубку, которая ограничивает
поток воды, напряжение как разница высот воды, которая обеспечивает поток воды.
- Формула закона Ома
- Закон Ома для цепи переменного тока
- Калькулятор закона Ома
Формула закона Ома
Ток резистора I в амперах (А) равен
напряжение V в вольтах (В), деленное на сопротивление R в омах (Ом):
В — падение напряжения на резисторе, измеренное в вольтах (В).
В некоторых случаях закон Ома использует букву E для обозначения напряжения. E обозначает электродвижущую силу.
I — электрический ток, протекающий через резистор, измеренный в Амперах (А)
R — сопротивление резистора, измеренное в Омах (Ом)
Расчет напряжения
Когда мы знаем ток и сопротивление , мы можем рассчитать напряжение.
Напряжение V в вольтах (В) равно произведению тока I в амперах (А) на сопротивление R в омах (Ом):
Расчет сопротивления
Когда мы знаем напряжение и ток мы можем рассчитать сопротивление.
Сопротивление R в омах (Ом) равно напряжению V в вольтах (В), деленному на ток I в амперах (А):
Поскольку ток определяется значениями напряжения и сопротивления, формула закона Ома может показать, что:
- Если мы увеличим напряжение, ток увеличится.
- Если мы увеличим сопротивление, ток уменьшится.
Пример №1
Найдите силу тока в электрической цепи с сопротивлением 50 Ом и напряжением питания 5 Вольт.
Решение:
V = 5 В
R = 50 Ом
I = В / R = 5 В / 50 Ом = 0,1a = 100ma
Пример № 2
Найти противостояние. электрическая цепь с напряжением питания 10 вольт и током 5 мА.
Решение:
V = 10 В
I = 5MA = 0,005A
R = В / I = 10 В / 0,005A = 2000 Ом = 2Kω
ОГОМ.
0019
Ток нагрузки I в амперах (A) равен напряжению нагрузки V Z =V в вольтах (В) деленному на импеданс Z в омах (Ом):
В падение напряжения на нагрузке, измеренное в вольтах (В)
I — электрический ток, измеренный в амперах (А)
Z — полное сопротивление нагрузки, измеренное в омах (Ом)
Пример # 3
Найти ток цепи переменного тока, имеющей напряжение питания 110В∟70° и нагрузку 0,5кОм∟20°.
Решение:
V = 110V∟70 °
Z = 0,5 КОМ -20 ° = 500 ОД20 °
I = В / Z = 110016 ОДВ. ∟20° = (110 В / 500 Ом) ∟ (70°-20°) = 0,22 А ∟50°
Калькулятор закона Ома (краткая форма)
Калькулятор закона Ома: вычисляет соотношение между напряжением, током и сопротивлением.
Введите 2 значений, чтобы получить третье значение, и нажмите кнопку Вычислить :
| Введите сопротивление: | Р | = | Ом (Ом) | |||
| Введите ток: | я | = | ампер (А) | |||
| Введите напряжение: | В | = | вольт (В) | |||
Калькулятор закона Ома II ►
См.
также
- Калькулятор закона Ома
- Электрическое напряжение
- Электрический ток
- Электроэнергия
- Электрическое сопротивление
- Ом
- Вольт
- Ампер
- Электрические символы
Закон Ома: значение, формула и сопротивление
Закон Ома был сформулирован в 1827 году немецким физиком Георгом Симоном Омом на основе экспериментов, которые он проводил с простыми электрическими цепями, содержащими провода различной длины.
Закон Ома является одним из наиболее фундаментальных и важных принципов электрических цепей.
Закон Ома гласит, что напряжение в двух точках электрической цепи прямо пропорционально току , проходящему между этими двумя точками. Константа пропорциональности равна сопротивлению .
Формула закона Ома:
Здесь V — напряжение на проводнике, I — ток, протекающий через проводник, а R — электрическое сопротивление проводника.
Сопротивление в законе Ома всегда равно постоянному значению и может быть рассчитано путем проведения серии измерений напряжения и тока в подходящем диапазоне значений перед нанесением данных на прямолинейный график и вычислением его градиента.
Прежде чем продолжить объяснение закона Ома, мы должны рассмотреть некоторые основные понятия, касающиеся электрических цепей.
Закон Ома: электрические цепи
Электрическая цепь представляет собой набор электрических компонентов, соединенных проводниками, по которым может проходить электрический ток. Электрический ток состоит из движущихся электронов, которые обтекают провод под действием приложенного напряжения. Чтобы электрические компоненты могли пропускать электрический заряд, они должны быть изготовлены из электропроводящие материалы . Проводник представляет собой материал или электрический компонент, который способствует прохождению заряда (электрического тока) в одном или нескольких направлениях.
Мы говорим, что такие материалы являются хорошими проводниками электричества.
Пример электрической цепи, адаптировано из изображения: MikeRun CC BY-SA 4.0
Металлы являются хорошими проводниками электричества, поэтому мы создаем электрические цепи, такие как те, которые используются в бытовой электронике, из меди , который обладает высокой проводимостью.
При изучении электрических цепей мы часто проводим различие между омическими проводниками и неомическими проводниками.
Омический проводник — это проводник, который подчиняется закону Ома .
График зависимости напряжения от силы тока омического проводника имеет линейную зависимость, чего нельзя сказать о неомических проводниках.
График зависимости напряжения от тока для омического и неомического материала, Iñaki Caparros-StudySmarter Originals
Неомический проводник не подчиняется закону Ома . Зависимость между напряжением и током для неомического проводника нелинейна.
Поведение неомических проводников не обязательно такое же, как показано на рисунке выше. Важной особенностью является то, что существует нелинейная зависимость между током и напряжением, что означает, что график зависимости напряжения от тока не является прямой линией. Некоторыми примерами неомических проводников являются нити накала лампы или некоторые полупроводники, такие как транзисторы или диоды.
Некоторые материалы плохо проводят электричество. Мы называем такие материалы или электрические компоненты, изготовленные из таких материалов, как изоляторы .
Изоляторы можно использовать для замедления или остановки потока заряда, а также они могут использоваться в различных реальных условиях, например, в качестве пластикового покрытия электрических проводов, которое защищает нас от удара электрическим током.
Закон Ома: напряжение
Напряжение также известно как разность потенциалов. Разность потенциалов между двумя точками проводника равна разнице электрических потенциалов между двумя точками.
Разность потенциалов в электрической цепи создается элементами или батареями. В стандартных единицах мы выражаем разность потенциалов/напряжение в вольт (В).
В электрических цепях напряжение генерируется ячейкой или батареей, у которых есть положительная клемма с более высоким потенциалом и отрицательная клемма с более низким потенциалом.
Закон Ома: Ток
Ток – это скорость потока электрического заряда. Прибор, который мы используем для измерения силы тока в электрической цепи, называется амперметром . Стандартной единицей электрического тока является А мпер (А).
Закон Ома: сопротивление
Сопротивление — это мера сопротивления проводников потоку электричества. Стандартной единицей сопротивления является O hm (Ом). Сопротивление электрического проводника увеличивается с длиной и уменьшается с толщиной. Сопротивление также зависит от типа материала, из которого он изготовлен.
Алюминиевый провод имеет более высокое сопротивление, чем медный провод той же длины и площади поперечного сечения, что означает, что медь является лучшим проводником электричества, чем алюминий. Но алюминиевый провод имеет меньшее сопротивление, чем медный провод, в четыре раза превышающий его длину.
Чтобы увеличить электрическое сопротивление электрической цепи, мы можем добавить компонент, называемый резистором . Фиксированный резистор подчиняется закону Ома, и разные фиксированные резисторы имеют разные постоянные сопротивления для разных целей.
Примеры резисторов с различным сопротивлением в электрических цепях.
Вывод закона Ома
Точного вывода формулы закона Ома нет. Как упоминалось ранее, закон был сформулирован в 1827 году Георгом Симоном Омом, но это эмпирический закон, а это означает, что он изначально был основан на наблюдениях, а не выведен из первых принципов. Ом открыл закон, наблюдая за поведением омических проводников при подаче на них тока.
Основываясь на полученных данных, Ом констатировал наличие линейной зависимости между током и силой тока, но теоретически закон не вывел.
Еще раз к формуле закона Ома
Теперь, когда мы выяснили, что означает каждый термин в законе Ома, давайте вспомним формулу:
Или, выражаясь словами: уравнение, что существует прямая зависимость между напряжением и силой тока. Мы говорим, что напряжение на проводнике прямо пропорционально протекающему по нему току. Это означает, что если мы увеличим ток, проходящий через проводник, в определенный раз, напряжение увеличится во столько же раз, и наоборот. Например, если мы удвоим разность потенциалов на проводе, ток, проходящий через него, также удвоится.
Мы можем изменить формулу закона Ома, чтобы сделать сопротивление или ток предметом формулы. Если мы знаем значения любых двух переменных в законе Ома, мы можем вычислить значение оставшейся отсутствующей переменной. Например, если мы знаем ток, проходящий через компонент в электрической цепи, и мы также знаем разность потенциалов между двумя сторонами компонента, мы можем рассчитать сопротивление проводника по следующей формуле:
Это по-прежнему закон Ома, только измененный, чтобы сделать R предметом формулы.
Точно так же, если мы знаем разность потенциалов на компоненте и его сопротивление, мы можем вычислить ток I, проходящий через него: мы знаем значения двух других.
Треугольник закона Ома с напряжением (V), током (I) и сопротивлением (R), Iñáki Caparros-StudySmarter Originals
Этот треугольник называется треугольником закона Ома . Чтобы напомнить себе, как вычислять каждый из V, I и R, мы создали треугольник с V в верхнем сегменте и I и R в нижних сегментах. Чтобы вычислить значение любой из переменных в нижней части треугольника, мы просто делим значение V на значение другой оставшейся переменной в нижней части треугольника. V просто рассчитывается путем умножения значений двух переменных в нижнем сегменте треугольника, а именно I и R.
Если вам трудно переставить уравнения, вы можете предпочесть вычислить V, I и R, используя треугольник закона Ома. Только не забудьте нарисовать треугольник и разделить его на три части: часть вверху, содержащая V, и две нижние части, содержащие I и R.
9-вольтовая батарея производит ток силой 3 А в проводе. Каково сопротивление провода?
Для решения этой задачи воспользуемся законом Ома. Используя наши знания о преобразовании уравнений или законе треугольника Ома, мы находим, что формула для вычисления сопротивления:
Чтобы найти одну из двух переменных нижнего уровня треугольника закона Ома, мы делим напряжение на другую переменную нижнего уровня. В этом случае делим V на I, чтобы найти R.
Следовательно, сопротивление провода в данном примере равно:
Определить напряжение электрической цепи с током 0,5 А и сопротивлением 20 Ом .
В этом случае нам нужно использовать первую форму закона Ома. Формулу закона Ома для напряжения находим по треугольнику закона Ома:
Теперь мы можем ввести данные для электрической цепи, приведенные в вопросе, подставив 0,5 А вместо тока и 20 Ом вместо сопротивления: переключатель замкнут.
Электрическая цепь с напряжением V= 30 В и сопротивлением R= 10 Ом, Iñaki Caparros-StudySmarter Originals
Как видно из рисунка выше, электрическая цепь имеет разность потенциалов 30 В на своих клеммах, и резистор имеет сопротивление 10 Ом.
Мы должны изменить первоначальную форму формулы закона Ома. Если мы посмотрим на треугольник закона Ома, мы можем изменить формулу для расчета тока:
Используя значения переменных, представленных на рисунке, мы можем рассчитать ток следующим образом:
Закон Ома – основные выводы в двух точках электрической цепи
пропорционально проходящему через нее току , а константой пропорциональности является сопротивление .
