Закон ома для участка цепи схема: формула. Зависимость силы тока от напряжения

Содержание

Закон Ома для участка цепи, пример расчета.

Главная

Радиоэлектроника

Основы радиотехники

Закон Ома для участка цепи. Пример расчета.

РадиоТехника

21 Января 2017

7215

Всем привет.

В предыдущей статье мы собрали простую замкнутую цепь, состоящий из источника питания, проводников по которым протекает ток и нагрузки. Выяснили, что такое сопротивление проводника и сопротивление нагрузки. Так же рассмотрели взаимосвязь между напряжением тока, силой тока и сопротивлением на разных участках цепи (проводника и нагрузки). Все эти отношения установлены в основном законе электротехники – в законе Ома.

В этой статье, мы рассмотрим Закон Ома для участка цепи.

Закон Ома для участка цепи

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

Давайте рассмотрим этот закон на примере. Соберем следующую схему:

Так как сопротивление проводников близко к нулю, будем считать, что они равны нулю. В нашу электрическую цепь, кроме нагрузки, мы еще добавили два прибора.

Амперметр – прибор для измерения силы тока, или другими словами измеряет сколько потребляет нагрузка, так легче запомнить. Соединяется последовательно с нагрузкой.

Вольтметр – прибор для измерения напряжения тока, при подключении к нагрузке, показывает сколько падает напряжение на нагрузку. Соединятся параллельно с нагрузкой.

Давайте нагрузку поставим сопротивлением равной 100 Ом, с источника питания пустим напряжение 5 В (вольт). Снимем показания с приборов. Нас интересует показатель амперметра. Амперметр показывает — 0,05 А (ампер) для удобства можно перевести в миллиамперы – 50 мА (миллиампер).

Теперь поменяем напряжение тока, вместо 5 В установим 10 В. Снимем показатель амперметра. Амперметр показывает — 0,1 А переводим в миллиамперы – 100 мА. Сразу отметим для себя — с увеличением напряжения увеличилась сила тока.

В законе ома: «сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению … ».

Теперь вернемся к первому опыту, то есть установим напряжение обратно на значение 5 В. Попробуем изменить сопротивление нагрузки.
Поменяем нагрузку со значение сопротивления 200 Ом. Снимем показатели с амперметра и сравним с показателями первого опыта. Амперметр показывает — 0,025 А переводим в миллиамперы – 25 мА. Таким образом увеличение сопротивления нагрузки, уменьшило силу тока.

В законе ома: «сила тока в участке цепи … обратно пропорциональна электрическому сопротивлению».

Закон Ома для участка цепи записывается следующей формулой:
I = U/R

Как нам уже известно:

I = сила тока

U = напряжение тока

R = сопротивление (сопротивление нагрузки)

Так же эту формулу можно преобразовывать для определения напряжения тока или сопротивления нагрузки. Что бы легче запомнить формулы, надо запомнить треугольник Ома, который изображен выше. Закрывая искомую величину пальцем, можно увидеть формулу для нее.

Формула для определения напряжения:

Формула для определения сопротивления:

Рассмотрим простой пример расчета используя закон Ома для участка цепи. Если в примере выше, мы бы не использовали амперметр, зная напряжение тока 5 В (U) и сопротивление нагрузки 100 Ом (R). Использую следующую формулу I = U/R, мы бы получили результат: 5/100 = 0,05. Ответ 0,05 А = 50 мА.

Мы разобрали закон Ома для участка цепи, ознакомились с формулами для определения силы тока, напряжение тока и сопротивления. Так же хочу добавить, при расчетах, необходимо переводить единицы измерения в систему СИ. В примерах выше для демонстраций замкнутой цепи, я использовал программу — Electronics Workbench. Программа предназначена для моделирования и анализа электронных схем.

Закон Ома для участка цепи с ЭДС

Для однозначного определения потенциала любой точки электрической цепи необходимо задать (произвольно) потенциал какой-нибудь одной точки. Выберем для схемы, представленной на рис. 1.7, а,

. По определению потенциал точки 3 больше φ₂ на значение ЭДС:

Ток I во внешней части простейшей электрической цепи, а в общем случае в любом пассивном элементе цепи, а значит, и схемы, направлен, как указывалось, от точки с более высоким потенциалом (3) к точке с более низким (1). Поэтому потенциал φ₃ больше потенциала φ₁:

Из (1.9) и (1.10) имеем

Аналогично можно написать формулу для тока участка сложной электрической схемы, состоящего из любого числа последовательно соединенных источников, представленных схемами замещения на рис. 1.7, и приемников при заданной разности потенциалов на концах этого участка (рис. 1.9). Ток I на участке схемы, содержащем источники ЭДС, может быть направлен от точки а к точке b или наоборот. Если направление тока заранее не известно, то для составления выражений, подобных (1.11), нужно выбрать направление тока произвольно. Такое произвольно выбранное направление тока условились называть положительным направлением и обозначать (как и выше действительное направление) стрелкой с просветом или отмечать индексами у буквы I.
Если принять за положительное направление тока I направление от точки а к точке b, то потенциал φ_b определяется через потенциал φ_a выражением

Из этого равенства следует

где

— суммарное сопротивление участка схемы; — разность потенциалов или напряжение между выводами рассматриваемого участка, взятые по выбранному направлению тока;
— алгебраическая сумма ЭДС, действующих на том же участке, причем каждая ЭДС, направление действия которой совпадает с положительным направлением тока, записывается с положительным знаком, а в противном случае — с отрицательным.
Формула (1.12а) представляет собой закон Ома для участка цепи (схемы) с ЭДС (обобщенный закон Ома).
Если в результате расчета по (1.12а) для тока получается отрицательное значение, то это значит, что действительное направление тока не совпадает с выбранным положительным направлением (противоположно произвольно выбранному направлению).
Для напряжения между любыми точками цепи также может быть произвольно выбрано положительное направление. Положительное направление напряжения указывается индексами у буквы U или обозначается на схемах стрелкой, которую, например, для напряжения будем в дальнейшем ставить от точки а к точке b. Таким образом, напряжение, как и ток, при расчетах надо рассматривать как алгебраическую величину.
Для ЭДС источников напряжения и токов источников тока, если их действительные направления не известны, также выбираются произвольные положительные направления, которые указывают двойными индексами или обозначают стрелками.
На участках схемы с пассивными элементами положительные направления напряжения и тока будем всегда выбирать совпадающими. В этом случае отдельную стрелку для напряжения можно и не ставить.

Что такое Закон Ома — формула уравнения калькулятор » Electronics Notes

Закон Ома является одним из самых фундаментальных законов теории электричества. Формула или уравнение закона Ома связывает напряжение и ток со свойствами проводника, то есть его сопротивлением в цепи.

Учебное пособие по сопротивлению Включает:
Что такое сопротивление
Закон Ома
Омические и неомические проводники
Сопротивление лампы накаливания
Удельное сопротивление
Таблица удельных сопротивлений для обычных материалов
Температурный коэффициент сопротивления
Коэффициент сопротивления по напряжению, VCR
Электрическая проводимость
Последовательные и параллельные резисторы
Таблица параллельных резисторов

Закон Ома — один из самых фундаментальных и важных законов, регулирующих электрические и электронные цепи.

Закон Ома связывает ток, напряжение и сопротивление для линейного устройства, так что если известны два, можно рассчитать третий.

Поскольку ток, напряжение и сопротивление являются тремя основными величинами цепи, это означает, что закон Ома также чрезвычайно важен

Закон Ома используется во всех отраслях электротехники и электроники, особенно при проектировании электронных схем. Он используется для расчета значений резисторов, необходимых в цепях, а также может использоваться для определения тока, протекающего в цепи, где можно легко измерить напряжение на известном резисторе.

Закон Ома используется в огромном количестве расчетов во всех формах электрических и электронных цепей, фактически везде, где протекает ток. Здесь мы приводим уравнения, треугольник закона Ома в качестве памятки и калькулятор закона Ома для тех случаев, когда значения не так просто вычислить.

Открытие закона Ома

Существует математическое соотношение, связывающее ток, напряжение и сопротивление. Немецкий ученый по имени Георг Ом провел множество экспериментов, пытаясь показать связь между этими тремя явлениями. В те дни, когда он проводил свои эксперименты, не было измерителей в том виде, в каком мы их знаем сегодня.

Несмотря на то, что Георг Ом знал, что между разностью потенциалов, током и резистивными свойствами материала существует взаимосвязь, установить, что это такое, было действительно трудно, хотя сегодня это кажется совершенно очевидным.

Ому потребовались значительные усилия, чтобы сделать свою первую попытку обнаружить взаимосвязь, но вскоре выяснилось, что это неверно — вероятно, причиной было внутреннее сопротивление батарей, которые он использовал.

Затем, со второй попытки, ему удалось разработать то, что мы знаем сегодня как закон Ома.

Примечание о Георге Оме:

Георг Ом родился в Эрлангене, примерно в 50 милях к северу от Мюнхена, в 1879 г. дирижер — этот закон теперь называется законом Ома, в честь проделанной им работы.

Подробнее о Георг Ом.

Что такое закон Ома?

Закон Ома описывает, как ток протекает через материал при приложении различных уровней напряжения. Некоторые материалы, такие как электрические провода, оказывают небольшое сопротивление току, и этот тип материала называется проводником. Следовательно, если этот проводник поместить, например, непосредственно на батарею, будет протекать большой ток.

В других случаях другой материал может препятствовать прохождению тока, но все же пропускать его. В электрических цепях эти компоненты часто называют резисторами. Тем не менее, другие материалы практически не пропускают ток, и эти материалы называются изоляторами.

По сути, закон Ома связывает три основных электрических параметра, а именно напряжение или разность потенциалов, ток и сопротивление.

Три величины, связанные законом Ома
Количество	Символ	Единицы	Символ единицы измерения
Текущий	я	ампер	А
Напряжение	Э или В	вольт	В
Сопротивление	Р	Ом	Ом

Чтобы получить первое представление о том, что происходит, можно сравнить электрическую ситуацию с потоком воды в трубе. Напряжение представлено давлением воды в трубе, ток представлен количеством воды, протекающей через трубу, и, наконец, сопротивление эквивалентно размеру трубы.

Можно представить, что чем шире труба, тем больше воды будет течь. Причина этого в том, что через более широкую трубу легче пройти большему количеству воды, чем через более узкую — более узкая труба оказывает большее сопротивление потоку воды. Кроме того, если в трубе больше давление, то по той же трубе будет течь больше воды.

Ом определил, что для обычных материалов удвоение напряжения удваивает ток для данного компонента. Разные материалы или одни и те же материалы разной формы будут оказывать разное сопротивление потоку тока.

Определение закона Ома

Закон Ома гласит, что ток, протекающий в цепи, прямо пропорционален приложенной разности потенциалов и обратно пропорционален сопротивлению в цепи.

Другими словами, при удвоении напряжения в цепи ток также удвоится. Однако, если сопротивление увеличить вдвое, ток упадет вдвое.

В этом математическом соотношении единица сопротивления измеряется в Омах.

Формула закона Ома

Формула или уравнение закона Ома очень простое.

Закон Ома можно выразить в математической форме:

Где:
В = напряжение, выраженное в вольтах
I = ток, выраженный в Амперах
R = сопротивление, выраженное в Омах

Формулу можно изменить так, чтобы, если известны любые две величины, можно было рассчитать третью.

Треугольник закона Ома

Чтобы помочь запомнить формулу, можно использовать треугольник с одной горизонтальной стороной и вершиной наверху, как у пирамиды. Это иногда называют треугольником закона Ома.

В верхнем углу треугольника закона Ома стоит буква V, в левом углу — буква I, а в правом нижнем углу — R.

Чтобы использовать треугольник, закройте неизвестное количество, а затем вычислите его из двух других. Если они находятся в ряду, то они умножаются, а если один над другим, то их следует разделить. Другими словами, если необходимо рассчитать ток, напряжение делится на сопротивление, т.е. V/R и так далее.

Если необходимо рассчитать напряжение, то его можно найти путем умножения тока на сопротивление, т. е. I x R.

Пример расчета закона Ома

Если напряжение 10 вольт подается на резистор 500 Ом, определите величину тока, который будет течь.

Глядя на треугольник Закона Ома, ток является неизвестным, а напряжение и сопротивление остаются известными значениями.

Таким образом, ток находится путем деления напряжения на сопротивление.

I = VR =10500=0,02 А=20 мА

Если значения не легко рассчитать, воспользуйтесь калькулятором внизу страницы.

Пример 2
Аналогичным образом можно использовать закон Ома для определения сопротивления, если известны ток и напряжение. Возьмем, к примеру, напряжение 10 вольт, а ток 0,1А. Используя треугольник закона Ома, можно увидеть, что:

R=VI=100,1=100 Ом

Пример 3
Наконец, другая комбинация заключается в том, что если сопротивление и ток известны, то можно рассчитать ожидаемое напряжение на сопротивлении. Возьмем в качестве примера расстояние 250 Ом, через которое протекает ток 0,1 А, тогда напряжение можно рассчитать следующим образом:

В=I R=0,1×250=25 вольт

Калькулятор закона Ома

Хотя расчеты для закона Ома просты, иногда очень полезно иметь калькулятор на веб-сайте для расчета фактических значений, особенно если значения не точны, и в любом случае потребуется какой-либо калькулятор.

Наш калькулятор очень прост. Просто добавьте два значения, которые у вас есть, а затем нажмите клавишу возврата, чтобы вычислить третье. Также можно использовать стрелки вверх и вниз в полях.

Ток (I)
Напряжение (В)
Сопротивление (R)

Калькулятор закона Ома определит значения сопротивления в омах, силы тока в амперах или напряжения в вольтах, если известны два из трех значений.

Омические и неомические проводники

Используя закон Ома, можно увидеть, что если бы напряжение и ток были нанесены на график для постоянного резистора или длины провода и т. д., то была бы прямая линия.

Видно, что удвоение напряжения удваивает ток, проходящий через конкретный элемент цепи.

График напряжения и тока для линейного сопротивления

На графике есть две линии, одна для более высокого сопротивления — эта требует большего напряжения для данного протекающего тока. Соответственно, это должно иметь более высокое сопротивление. Наоборот, кривая для более низкого сопротивления показывает компонент, который требует применения более низкого напряжения для данного тока.

Компоненты, имеющие линейную или прямую линию, подчиняются закону Ома и называются омическими проводниками. Однако не все электрические электронные компоненты имеют прямолинейный график напряжения и тока. По разным причинам они могут иметь разную вольтамперную характеристику. Эти проводники часто называют неомическими.

Подробнее о . . . . Омические и неомические проводники.

Закон Ома является одним из самых основных понятий в области электротехники и электронной техники. Концепция элемента, имеющего определенное сопротивление, которое определяет количество тока, протекающего через него при определенном напряжении, является ключом к работе практически всех цепей.

Дополнительные основные понятия и руководства по электронике:
Напряжение
Текущий
Сила
Сопротивление
Емкость
Индуктивность
Трансформеры
Децибел, дБ
Законы Кирхгофа
Q, добротность
РЧ-шум
Сигналы

Вернуться в меню основных понятий электроники . . .

Анализ цепей, часть 3: Закон Ома, мощность и энергия | Джейсон Холл

Во второй части этой серии статей я представил введение в электрическое сопротивление. В этой статье я повторю некоторые принципы закона Ома, которые были представлены в предыдущих статьях, и представлю электрическую мощность и энергию. Я также кратко расскажу о программах SPICE и их использовании для анализа цепей.

Георг Ом определил, что ток (I) в цепи прямо пропорционален приложенному напряжению (E) и обратно пропорционален сопротивлению (R). Закон Ома гласит, что I = E/R. Уравнение можно изменить для решения любой из трех переменных:

Обычно источник напряжения показан слева, а нагрузка (в данном случае резистор) показана справа со стрелкой, указывающей направление тока (обычное направление):

На принципиальных схемах вы часто увидите напряжение, представленное как E, так и V. Различие здесь заключается в том, что источники напряжения обозначаются буквой E, а нагрузки обозначаются буквой V. Также часто указывается полярность напряжения:

E обозначает источник напряжения, а V обозначает нагрузку.

Электрическая мощность (P) — скорость, с которой электрическая энергия передается по электрической цепи. Единицей мощности в системе СИ является ватт.

Легко рассчитать мощность в ваттах, подводимую к нагрузке, используя уравнения для мощности. Допустим, у вас есть цепь с источником 120 В и нагрузкой с сопротивлением 15 Ом. Как вы можете видеть ниже, существует несколько способов расчета подаваемой мощности:

С точки зрения электричества, энергия — это просто мера мощности, подаваемой в единицу времени. Например, если лампочка мощностью 100 Вт горит в течение пятнадцати часов, энергия, используемая лампочкой, составляет (100 Вт) (15 часов) = 1500 Втч (ватт-часов).

В Северной Америке энергия измеряется в киловатт-часах, поэтому эквивалент составляет 1500 Втч/1000 = 1,5 кВтч.

Программное обеспечение SPICE (программа моделирования с акцентом на интегральные схемы) часто используется в промышленности для проектирования схем и имитации их поведения. Существует множество продуктов, использующих SPICE, и в будущих статьях я буду использовать одну из этих программ под названием 9.0244 Multisim , чтобы проиллюстрировать сделанные выводы. LTspice — альтернатива Multisim с открытым исходным кодом.

Я создал простую резистивную цепь сверху в Multisim и подключил ваттметр для измерения мощности, подаваемой на нагрузку. Обратите внимание, что ток измеряется последовательно с нагрузкой (красные провода), а напряжение измеряется на нагрузке (синие провода):

Ток в резистивной цепи пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.
Закон Ома можно использовать для определения напряжения, силы тока и сопротивления.
Источники напряжения часто обозначаются буквой E, а нагрузки обозначаются буквой V.
Электрическая мощность — это скорость, с которой электрическая энергия передается в цепи, и измеряется в ваттах.
Энергия является мерой электрической мощности в единицу времени и измеряется в ватт-часах.
Программное обеспечение SPICE используется в промышленности для облегчения проектирования и анализа схем.

В следующей серии статей я представлю базовый анализ цепей постоянного тока последовательных цепей, параллельных цепей и последовательно-параллельных цепей.