Формула напряжения через силу тока и сопротивление: Электрическое сопротивление. Закон Ома для участка электрической цепи — урок. Физика, 8 класс.

сопротивления через силу тока и напряжение

Содержание

• 1 Электрический ток
• 2 Электрическое напряжение
• 3 Сопротивление
• 4 Мощность
• 5 Взаимосвязь параметров электрической цепи
• 6 Единицы измерения в формуле
• 7 Как работает закон в реальной жизни
• 8 Пример с обычной водой
• 9 По какой формуле определяется напряжение
• 10 Различные используемые величины
• 11 Как найти напряжение
• 12 Гидравлическая аналогия
• 13 Измерительные приборы
• 14 Типичные напряжения
• 15 Потенциал Гальвани
• 16 Видео

Электротехника как область науки, занимающаяся использованием электроэнергии, в том числе ее получением, распределением и учетом, оперирует значениями тока, напряжения, мощности и сопротивления. Это основные величины. Кроме этого, имеется множество других характеристик и понятий, но в рамках данной статьи будут рассматриваться именно эти основополагающие понятия.

Многообразие устройств электротехники

Электрический ток

Согласно определению, ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц в среде. Такими частицами могут быть свободные электроны или ионы, частицы вещества, в которых число протонов в ядре не равно количеству электронов, то есть имеющие определенный заряд, положительный или отрицательный. Электроток может быть постоянный или переменный.

Электрическое напряжение

кВт в ЛС — как правильно перевести

Электрическое напряжение – это разность потенциалов на противоположных участках цепи. Точное определение понятия подразумевает работу по переносу электрического заряда между участками цепи.

Сопротивление

Асинхронный генератор

Любой проводник в цепи препятствует прохождению через себя тока. Данная характеристика определяет такую физическую величину, как сопротивление. Исходя из величины сопротивления, все вещества относят к проводникам или изоляторам. Точная граница весьма расплывчата, поэтому при некоторых условиях некоторые вещества можно отнести как к изоляторам, так и к проводникам.

Участок электросхемы может иметь элемент с определенным значением величины, который именуется резистор.

Резисторы различных типов

Мощность

Как выбрать перфоратор

Скорость преобразования, передачи и потребления электрической энергии определяется мощностью.

Взаимосвязь параметров электрической цепи

Все параметры любой электрической цепи строго взаимосвязаны, поэтому в любой момент времени можно точно определить величину любого из них, зная остальные.

К сведению. Основополагающий закон, по которому производится большинство расчетов, – закон Ома, согласно которому сила тока обратно пропорциональна его сопротивлению и прямо пропорциональна приложенной разности потенциалов.

Закон Ома и его основатель

Формула напряжения тока закона Ома выглядит следующим образом:

I=U/R.

Так, цепь с большим напряжением пропускает больший ток, а при одинаковом напряжении ампераж будет больше там, где меньше сопротивление.

Принятые обозначения в формуле расчета напряжения и тока понятны во всем мире:

• I – сила тока;
• U – напряжение;
• R – сопротивление.

Путем простейшего математического преобразования находится формула расчета сопротивления через силу тока и напряжение.

Кроме закона Ома, используется формула расчета мощности:

P=U∙I.

Символом P здесь обозначена мощность тока.

Любая схема может содержать участки, где имеется последовательное соединение, или есть элемент, подключенный параллельно. Расчеты при этом усложняются, но базовые формулы остаются одинаковыми.

Единицы измерения в формуле

Невозможно выполнять расчеты или измерения, не зная, какими величинами оперировать.

Общепринятые обозначения, согласно международной системе измерения СИ:

• Напряжение – Вольт. Обозначается символом В или V в англоязычной литературе;
• Сила тока – Ампер. Обозначается символом А;
• Электрическое сопротивление – Ом. Используется обозначение Ом или Ohm;
• Электрическая мощность – Ватт. Обозначается как Вт или W.

Как работает закон в реальной жизни

Используя совместно формулу расчета мощности и закон Ома, можно производить вычисления, не зная одной из величин. Самый простой пример – для лампы накаливания известны только ее мощность и напряжение. Применяя приведенные выше формулы, можно легко определить параметры нити накаливания и ток через нее.

Лампа накаливания

Сила тока формула через мощность:

I=P/U;

Сопротивление:

R=U/I.

Такой же результат можно найти из мощности, не прибегая к промежуточным расчетам:

R=U2/P.

Аналогично можно вычислить любую величину, зная только две из них. Для упрощения преобразований имеется мнемоническое отображение формул, позволяющее находить любые величины.

Правило для запоминания расчетов

Внимательно посмотрев на формулы, можно заметить, что, если уменьшить напряжение на лампе в два раза, ожидаемая мощность не снизится аналогично в два раза, а в четыре, согласно формуле:

P=U2/R.

Это довольно распространенная ошибка среди далеких от электротехники людей, которые неправильно соотносят мощность и напряжение, а также их действие на остальные параметры.

Кстати. Сила тока, найденная через сопротивление и напряжение, справедлива как для постоянного, так и для переменного тока, если в ней не используются такие элементы, как конденсатор или индуктивность.

Облегчить расчеты можно, используя онлайн калькулятор.

Пример с обычной водой

Существуют вещества, которые можно отнести одновременно к проводникам и изоляторам. Самый простой пример – обыкновенная вода. Дистиллированная вода является хорошим изолятором, но наличие в ней практически любых примесей делает ее проводником. Особенно это относится к солям различных металлов. При растворении в воде соли диссоциируются на ионы, их наличие – прямой повод для возникновения тока. Чем больше концентрация солей, тем меньшим сопротивлением будет обладать вода.

Зависимость сопротивления воды от содержания солей

Для наглядности можно взять дистиллированную воду для приготовления электролита для автомобильных аккумуляторных батарей.   Опустив щупы омметра в воду, можно увидеть, что его показания велики. Добавление всего нескольких кристаллов поваренной соли через некоторое время вызывает резкое уменьшение сопротивления, которое будет тем меньше, чем больше соли перейдет в раствор.

По какой формуле определяется напряжение

Использование той или иной формулы напряжения электрического тока для вычисления зависит от того, какие величины известны:

• Ток и сопротивление – U=I∙R;
• Ток и мощность – U=P/I;
• Мощность и сопротивление – U=√P∙R

Различные используемые величины

Кроме основных величин: вольт, ампер, ом, ватт, используют кратные, большие или меньшие. Для обозначений применяют соответствующие приставки:

• Кило – 1000;
• Мега – 1000000;
• Гига – 1000000000;
• Милли – 0.001.

Таким образом, получается:

• Киловольт (кВ) – тысяча вольт;
• Мегаватт (Мвт) – миллион ватт;
• Миллиом (мОм) – одна тысячная Ом;
• Гигаватт (ГВт) – тысяча мегаватт или миллиард ватт.

Как найти напряжение

Формула нахождения напряжения как разности потенциалов в электрическом поле:

U=ϕA-ϕB, где ϕAи ϕB – потенциалы в точках А и В, соответственно.

Также можно записать напряжение как работу по переносу единицы заряда из точки А в точку В в электрическом поле:

U=A/q, где q – величина заряда.

Работа тем больше, чем выше напряженность электрического поля Е, то есть сила, действующая на неподвижный заряд.

Потенциальную энергию заряда в электростатическом поле называют электростатический потенциал.

Гидравлическая аналогия

Чтобы легче усвоить законы электрических цепей, можно представить себе аналогию с гидравлической системой, в которой соединение насоса и трубопроводов образует замкнутую систему. Для этого нужны следующие соответствия:

• Источник питания – насос;
• Проводники – трубы;
• Электроток – движение воды.

Без особых усилий становится понятнее, что чем меньше диаметр труб, тем медленнее по ним движется вода. Чем мощнее насос, тем большее количество воды он способен перекачать. При одинаковой мощности насоса уменьшение диаметра труб приведет к снижению потока воды.

Гидравлическая аналогия

Измерительные приборы

Для измерения параметров электрических цепей служат измерительные приборы:

• Вольтметр;
• Амперметр;
• Омметр.

Наиболее часто используется класс комбинированных устройств, в которых переключателем выбирается измеряемая величина – ампервольтомметры или авометры.

Один из самых распространенных авометров

Типичные напряжения

Для стандартизации и возможности использования различного оборудования в быту и технике применяются электрические сети со стандартными значениями:

• Бытовая сеть –220В;
• Бортовая сеть автомобиля – 12 или 24В;
• Батареи и аккумуляторы – 1.5, 3 или 9В.

Потенциал Гальвани

В электрохимии используется понятие потенциала Гальвани, который означает разность потенциала между различными фазами вещества, например, между электродом и электролитом, между электродами из разнородных металлов.

Видео

формула формула мощности электрического тока

Электрический ток является физическим процессом. Если говорить упрощенно, то это упорядоченное движение заряженных частиц. Его протекание можно измерить и соответственно выразить в символьном и цифровом виде. Формула электрического тока, представляет собой выражение качественных и количественных параметров через сопротивление проводника, напряжение или разность потенциалов, а также через его силу. Так как любое перемещение чего-либо, подразумевает под собой совершение работы, то дополнительно можно вести разговор об электричестве используя формулу мощности электрического тока.

Основные понятия и формулы характеризующие электрический ток

Количественным параметром электрического тока является его сила, представляющая собой скалярную величину и выражающуюся в отношении заряда (принято обозначать буквой q) к периоду времени (t), за которое он пересекает сечение проводника. Следовательно, формула электрического тока, а если говорить правильно его сила, будет выглядеть следующим образом — I=q/t. Измеряется данный параметр в амперах. Так как скалярные величины являются действительными числами и определяются только значением, сила тока не может иметь отрицательный знак. С учетом того, что величина заряда не является постоянным параметром для разных электрических цепей, было введено понятие – плотность электрического тока (j), формула которой выглядят так – j=I/S, где S – площадь, пересекаемая зарядами. Следовательно, при увеличении силы тока и уменьшении поперечного сечения проводника плотность тока возрастает и наоборот. Как отмечалось выше, важными параметрами электричества, вернее электрической цепи являются напряжение в ней и сопротивление проводящих ток элементов.

Формула выражения силы электрического тока через сопротивление и напряжение

В отличие от фундаментальных исследований, в основе которых лежат теоретические выкладки данная зависимость была выведена практическим путем. Автором открытия является физик Ом, в честь которого закон и получил свое имя. По результатам своих опытов и экспериментов Ом пришел к выводу что сила тока (I) напрямую зависит от величины напряжения (U)и имеет обратную зависимость от сопротивления (R) элементов и деталей, включенных в электрическую цепь. Эту связь можно представить в виде – I=U/R. Путем несложных преобразований, формулы сопротивления и напряжения, выраженные через силу тока, будут выглядеть следующим образом – R=U/I и U=IxR, соответственно.

Формула силы электрического тока

Сопротивление электрического тока: формула
Формула напряжения электрического тока

Работа и мощность электрического тока

Формула мощности (Р) электрического тока напрямую зависит от его работы (А). Под работой тока подразумевается преобразование электрической энергии в механический, тепловой, световой или иной ее вид. Величина данного процесса напрямую зависит от времени его протекания, силы тока и напряжения в сети. Это можно выразить следующей формулой – А=IxUxt. Произведение (IxU) является ничем иным как мощностью. Следовательно, чем выше напряжение или сила тока в сети, тем большую мощность имеет электрический ток и большую работу он может совершить за единицу времени. Формула мощности электрического тока имеет следующий вид – Р=А/t или Р=IxU.

Работа электрического тока формула
Формула мощности электрического тока

Поэтому, если необходимо вычислить, какую работу производит ток, протекая по цепи в течение определенного времени, необходимо умножить мощность на временной промежуток, выраженный в секундах. Рассмотрим применение формул расчета работы и мощности электрического тока на примере электрического двигателя, подключенного к сети 220 В, а сила тока, измеренная амперметром для этого участка, составила 10А.

Р (мощность двигателя) = 10А (сила тока) х 220В (напряжение в сети) = 2200 Вт = 2,2 кВт.

Зная данный показатель, а также реальное или предполагаемое время функционирования электродвигателя можно определить какую работу он совершит за этот отрезок времени или другим словами сколько будет потрачено электроэнергии. Если двигатель был включен, например, 1 час, то можно найти искомое значение.

А (работа, совершенная двигателем) = 2,2 кВт (мощность) х 1 (время работы в часах) = 2,2 кВт ч. Именно этот показатель будет отражен на приборе учета расхода электроэнергии.

Исходя из того, что электрический ток является физическим процессом, то какой-либо его неизвестный параметр можно определить, зная его остальные характеристики. Приведем наиболее распространенные формулы для определения характеристик электрической цепи применяемые в электротехнике.

Напряжение или разность потенциалов

• U = RxI
• U = P/I
• U = (P*R)^1/2

Сила электрического тока

• I = U / R
• I = (P / R)^1/2

Сопротивление

• R = U / I
• R = U²/ P
• R = P / I²

Мощность

• P= U* I
• P= R* I²
• P = U²/ R

В заключение отметим, что приведенная информация справедлива для цепей с постоянным электрическим током.

Формулы, применяемые для расчета характеристик переменного тока, будут отличаться за счет введения дополнительных переменных и характеристик свойственных данному типу электричества.

Определение закона Ома, формула, пример

Определение закона Ома, формула, пример Подробное объяснение.

Закон Ома описывает взаимосвязь между напряжением, сопротивлением и током, где В напряжение (В) пытается заставить заряд течь, R сопротивление (R) сопротивляется этому потоку, и фактический результат C текущий (я).

Закон Ома

Содержание

Определение закона Ома

1. Закон Ома гласит, что электрический ток пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.
2. Математически закон гласит, что В = IR , где В — разность напряжений, I — ток в амперах, а R — сопротивление в Омах.

Кто изобрел закон Ома?

Закон Ома назван в честь великого немецкого физика и математика Георга Симона Ома. Он родился 16 марта 1789 г.и умер 6 июля 1854 года.

Георг Симон Ом исследовал батарею, изобретенную итальянским ученым Алессандро Вольта.

Он завершил свое исследование формулой, которая утверждает, что ток, протекающий через проводник, прямо пропорционален разности потенциалов ( напряжению ) и обратно пропорционален сопротивлению. Это соотношение известно как закон Ома.

Георг Саймон Ом

Формула закона Ома

Формула закона Ома помогает рассчитать напряжение, ток и сопротивление.

I = V / R ; где

• I = Электрический ток, протекающий через резистор
• В = падение напряжения на резисторе
• R = R сопротивление резистора, измеренное в Омах (Ом)

Понимание закона Ома

В соответствии с законом мы можем утверждать, что:

1. Большое напряжение и низкое сопротивление создают большой ток.
2. Большое сопротивление ограничивает ток до низких значений.

Вопрос : Почти каждая электрическая цепь сложнее, чем простая схема с батареей и резистором. Так к какому напряжению относится формула?

Ответ : Ну, это относится к напряжению на резисторе, напряжению между двумя клеммами.

С другой стороны, это напряжение создается резистором.
Резистор ограничивает поток заряда, замедляя его, и это создает пробку с одной стороны, формируя избыток заряда по отношению к другой стороне.

Любая такая разница в заряде или разделение приводит к возникновению напряжения между двумя точками.

Закон Ома говорит нам, как рассчитать это напряжение, если мы знаем номинал резистора и ток. Это падение напряжения аналогично падению давления воды через маленькую трубку или маленькое сопло.

Примеры

Пример-1 : Найдите силу тока в электрической цепи с сопротивлением 100 Ом и напряжением питания 10 Вольт.

Решение :

• В = 10 В
• R = 100 Ом
• I = В / R = 10 В / 100 Ом = 0,1 А = 100 мА

Пример 2 : Найти напряжение, приложенное к резисторам 100 кОм, когда через них протекает ток 5 мА

Решение : V = 100 кОм * 5 мА = 500 В резистора, на котором падает напряжение 100 В при протекании через него тока 50 мА.

Решение : R = 100 В / 50 мА = 200 Ом

Видео: понимание закона Ома

Словарь по электронике

Правила параллельных и последовательных электрических цепей

Зачем изучать электронику

Символы, значения и чертежи электропроводки

Что такое электронная схема?

Что такое плата?

Основы и физика полупроводниковых устройств

Электронные схемы для начинающих

Основные электронные компоненты – типы, функции, символы

Статическое электричество и антистатическая защита (ESD-Safe)

Резонансная схема или резонансная схема в мобильном телефоне

Как производится, передается и распределяется электроэнергия?

Как работает электронная/электрическая схема

Структура атома

Электрический ток | Формула и определение

магнитное поле, создаваемое электрическим током

См. все средства массовой информации

Связанные темы:

переменный ток ток смещения электродвижущая сила теллурический ток постоянный ток

См. весь связанный контент →

электрический ток , любое движение носителей электрического заряда, таких как субатомные заряженные частицы (например, электроны с отрицательным зарядом, протоны с положительным зарядом), ионы (атомы, которые потеряли или приобрели один или несколько электронов ) или дырки (дефицит электронов, который можно рассматривать как положительные частицы).

Электрический ток в проводе, где носителями заряда являются электроны, является мерой количества заряда, проходящего через любую точку провода в единицу времени. В переменном токе движение электрических зарядов периодически меняется на противоположное; на постоянном токе нет. Во многих контекстах направление тока в электрических цепях принимается за направление потока положительного заряда, направление, противоположное фактическому дрейфу электронов. При таком определении ток называется обычным током.

Britannica Quiz

27 правильных или неверных вопросов из самых сложных научных викторин Britannica

Узнайте, почему низкое сопротивление меди делает ее отличным проводником электрического тока

Посмотреть все видео к этой статье

Ток обычно обозначается символом I . Закон Ома связывает ток, протекающий по проводнику, с напряжением В и сопротивлением Р ; то есть В = I R . Альтернативная формулировка закона Ома: I = V / R .

Ток в газах и жидкостях обычно состоит из потока положительных ионов в одном направлении вместе с потоком отрицательных ионов в противоположном направлении. Чтобы учесть общее влияние тока, его направление обычно принимают за направление положительного носителя заряда. Ток отрицательного заряда, движущийся в противоположном направлении, эквивалентен положительному заряду той же величины, движущемуся в обычном направлении, и должен учитываться как вклад в общий ток. Ток в полупроводниках состоит из движения дырок в обычном направлении и электронов в противоположном направлении.

Существуют токи многих других видов, например, пучки протонов, позитронов или заряженных пионов и мюонов в ускорителях частиц.

Электрический ток создает сопровождающее магнитное поле, как в электромагнитах. Когда электрический ток течет во внешнем магнитном поле, на него действует магнитная сила, как в электродвигателях. Тепловые потери или энергия, рассеиваемая электрическим током в проводнике, пропорциональны квадрату силы тока.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Распространенной единицей электрического тока является ампер, который определяется как поток заряда в один кулон в секунду или 6,2 × 10 90 260 18 90 261 электронов в секунду. Сантиметр-грамм-секунда единиц силы тока является электростатической единицей заряда (эсу) в секунду. Один ампер равен 3 × 10 90 260 9 90 261 эсу в секунду.