Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Закон Ома простыми словами | Статьи ЦентрЭнергоЭкспертизы

Из школьного курса физики многим из нас наверняка известен закон Ома, хотя для большинства это знание не дает гарантии его понимания. Тем не менее, он является базовым для всех людей связанных с электрикой и электроникой, поэтому попробуем найти простое объяснение одному из главных законов электротехники. Для начала попробуем разобраться с основными понятиями физики, характеризующими простейшую электрическую цепь.

  1. Электрический ток можно представить в виде потока свободных заряженных частиц (электронов), протекающих в проводнике. Чем большее количество электронов проходит через него за единицу времени, тем больше сила тока I, физическая величина, измеряемая в амперах (А).
  2. Движение свободных электронов не происходит само по себе, оно обусловлено разностью потенциалов, приложенных к обоим концам проводника и определяющих другую физическую величину – напряжение. Чем выше величина напряжения U, измеряемого в вольтах (В) тем больше поток электронов.
  3. В процессе движения свободные электроны сталкиваются с атомами кристаллической решетки металла проводника, вызывая его разогрев. «Потревоженные» атомы оказывают дополнительное препятствие передвижению заряженных частиц, такое свойство материалов, через которые вынужден протекать ток, называется электрическим сопротивлением R и измеряется в омах (Ом).

Итак, мы подошли непосредственно к закону, открытому эмпирическим путем немецким физиком Георгом Симоном Омом, имя которого закон и носит.

Суть и разнообразие формулировок закона

Как становится очевидным, Ом вывел взаимную зависимость напряжения, силы тока и сопротивления нагрузки для участка цепи (коим, собственно, эта нагрузка является), которая оказалась фундаментальным физическим законом. Согласно ему сила тока, протекающая через участок цепи, пропорциональна приложенному к нему напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению этого участка:

I = U/R,

в иной интерпретации он выглядит как:

U = I·R или R = U/I.

Эти простейшие физические формулы справедливы для участка цепи питаемого постоянным током, в несколько видоизмененном виде законы Ома действительны для полной (замкнутой) цепи или для любых электрических цепей, питаемых переменным током.

Для полной цепи необходимо учитывать как сопротивление нагрузки, так и включенное с ним последовательно внутреннее сопротивление источника питания r, величина напряжения при этом равна ЭДС источника ε. Закон Ома в этом случае выглядит как:

I = ε⁄(R+r)·

В случае переменного тока приходится учитывать реактивный характер нагрузок, поэтому активное сопротивление R следует заменить полным сопротивлением Z, учитывающим реактивные составляющие.

Чтобы понять суть закона, на практике часто приводят примеры из гидравлики, где:

  • роль напряжения исполняет водонапорная башня;
  • роль тока поток воды в отводящей трубе;
  • аналог сопротивления диаметр самой трубы.

Легко представить, что чем выше резервуар с водой, тем больше потенциальная энергия ею запасенная (аналог напряжения) и тем сильнее будет напор жидкости в трубе (сила тока), определяющий расход. Кроме того на расход жидкости влияет диаметр трубы (аналог сопротивления) – чем он меньше (сопротивление выше) тем меньше расход.

Запомнить формулы закона Ома для участка цепи проще воспользовавшись треугольником Ома, разбитым на три части. В верхней, представляющей собой числитель находится U, в разбитом надвое знаменателе (нижняя часть) расположены I и R. Прикрывая искомую величину, мы получаем формулу для ее определения.

Смотрите также другие статьи :

Как сопротивление влияет на падение напряжения?

Предположим такой отрезок кабеля понадобится для питания нагрузки током в 10 А, соответственно падение напряжения на кабеле составит почти 12 В. Для сети 220 В такая разница мало критична и в худшем случае может грозить незначительная потеря мощности.

Подробнее…

На что влияет направление вращения фаз

По сути, это направление, в котором должно вращаться магнитное поле, определяющее направление вращения ротора в трехфазных асинхронных электродвигателях. На практике мы видим, что направление вращения ротора в асинхронных двигателях очень просто поменять переменой всего двух фаз местами, при этом меняется чередование фаз с прямой на обратную последовательность.

Подробнее…

Закон Ома в физике

Закон Ома – это важнейший закон электрического тока. Данный закон носит имя немецкого физика Георга Ома.

Закон Ома для участка цепи

Если измерить одновременно напряжение на концах проводника (U) и силу тока (I), который течет через него, то будет получено: сила тока на участке проводника пропорциональна напряжению между концами избранного участка. В математической записи данный закон имеет вид:

   

где R — электрическое сопротивление проводника (сопротивление). Часто закон Ома для участка цепи записывают как:

   

Выражения (1) и (2) отображают то факт, что при установленном напряжении на концах проводников, имеющих разные сопротивления, сила тока будет уменьшаться с ростом сопротивления (R). Это обозначает, что рост сопротивления проводника — это то же самое, что увеличение помех, испытываемых носителями заряда при движении по проводнику под воздействием напряжения. Формулы (1) и (2) — это выражения закона Ома для участка цепи не содержащего источник напряжения (однородного участка).

Для неоднородного участка цепи закон Ома трансформируется в выражение вида:

   

гдеразность потенциалов начала и конца участка цепи; — электродвижущая сила источника тока; —сопротивление рассматриваемого участка цепи. Если выбор положительного ЭДС совпадает с направлением движения положительных зарядов, то считают большей нуля.

Закон Ома справедлив, когда сопротивление является постоянным для рассматриваемого проводника, то есть не зависит от приложенного напряжения и силы тока. К таким проводникам относят металлы, уголь, электролиты. Для ионизированных газов закон Ома в виде (1,2) можно применять только при малых напряжениях, которые не влияют на сопротивление вещества.

Закон Ома для замкнутой цепи, имеющей источник тока

Для замкнутой цепи с источником тока закон Ома записывают как:

   

где — сопротивление источника тока, R- внешнее сопротивление цепи.

Закон Ома в дифференциальной форме

Если трубки тока являются цилиндрами с постоянной площадью сечения (S), что закон Ома используют в виде (1) или (2), а сопротивление рассчитывают как:

   

где — удельное сопротивление вещества, — длина проводника. Если форма проводника отличается от цилиндрической, то выражение (5) для расчёта сопротивления часто применять нельзя. Тогда Закон Ома используют в дифференциальной форме:

   

где — вектор плотности тока; — удельная проводимость вещества; — вектор напряженности поля в точке рассмотрения. Если вещество является однородным и изотропным, то поле внутри проводящего вещества при наличии тока в большинстве случаев совпадает с электростатическим полем. Это приводит к тому, что в таком проводнике линии напряженности совпадают линиями тока.

Говорят, что выражение (6) характеризует электрическое состояние вещества в точке. Выражение закона Ома в виде (1) — называют интегральным, в отличие от формулы (6).

Примеры решения задач

Мощь и сила электричества: Что такое закон Ома

Итак, электрический ток начинает движение по цепи под действием напряжения. Но, оказывается, электроны не могут двигаться по электрической цепи беспрепятственно: они сталкиваются между собой и с атомами, то есть, встречают на своём пути сопротивление. Из-за этих ударов и столкновений часть энергии движущихся электронов превращается в тепло (так же, как превращается в тепло часть энергии молота, ударившего по наковальне).

Напряжение и сопротивление — это важные характеристики электрической цепи, с которыми необходимо считаться. Напряжение цепи, создаваемое источником тока, даёт толчок (скорость) электронам, заставляя двигаться их в определённом направлении, а сопротивление цепи забирает у движущихся электронов энергию и превращает её в другие виды энергии.

Таким образом, человеку важен не электрический ток как таковой, а энергия его движущихся заряженных частиц.

Знаете ли вы, почему соединительные провода (кабели, шнуры) в электрических цепях делают чаще всего из меди? Потому что этот металл слабо «сопротивляется» электрическому току, и электроны легко передвигаются по нему от источника к потребителю.

Если же провода сделать, например, из стали, у которой сопротивление в 7 раз больше, чем у меди, то такие провода, «сопротивляясь» движущимся электронам, будут отбирать у них энергию, сильно нагреваться, и могут даже расплавиться.

Стоит отметить, что сопротивление провода (проводника) зависит не только от вещества, из которого он сделан. Экспериментально установлено, что сопротивление провода растёт при увеличении длины и уменьшении его диаметра — чем длиннее и тоньше проводник, тем труднее электронам двигаться по нему. Именно поэтому нить накаливания в лампочке делают не только тонкой, но и длинной за счёт того, что ей придают спиралевидную форму.

Сопротивление обозначается буквой R и рассчитывается по формуле:

Физический смысл

Электрическое сопротивление характеризует способность проводника противо­действовать электрическому току.

Обобщенный закон Ома

Содержание:

Обобщенный закон Ома

Закон Ома, выраженный в виде уравнения, определяет соотношение между током и напряжением в пассивной части электрической цепи.

На активной цепи, который определяет ток, напряжение и отношения ЭДС из уравнения. площадь положительного напряжения.

Эта формула представляет собой обобщенный закон Ома или закон Ома для цепи, которая содержат ЭДС.

Уравнение входит в закон Ома с тем же символом, когда направления тока, напряжения и ЭДС совпадают. В случае ЭДС при действии в направлении, противоположном положительному направлению тока, в выражении вводится символ «-».

Закон Ома распространяется на ответвления и одноконтурные замкнутые цепи.

Пример 1 создания потенциального графика:

Создайте диаграмму потенциала одной цепи.

Решение: Перерисовать указанный контур и вывести внутреннее сопротивление ЭДС через границу. Указывает точки контура.

  1. Выберите положительное направление тока I и определите его значение, используя обобщенный закон Ома.
  2. Для базовой точки возьмите точку а. Найти потенциал оставшихся точек.

В системе координат создайте потенциальную диаграмму.

Распределение тока по ветви электрической цепи следует первому закону, а распределение напряжения по части цепи — по второму закону.

В соответствии с законом Ома, есть основа для теории электрических цепей.

  • Алгебраическая сумма токов в узле равна нулю:
  • Где я — число ветвей, которые сходятся к конкретному узлу.
  • То есть сумма распространяется на ток ветви, который сходится к рассматриваемому узлу.

Примеры первого закона.
Количество уравнений, составленных по первому закону Кирхгофа, определяется следующим образом:

Количество узлов в рассматриваемой цепочке.

Знак тока в уравнении получается с учетом выбранного положительного направления. Знак тока одинаков, если ток направлен одинаково на конкретный узел.

Например, для узла, показанного выше, назначьте знак «+» для тока, протекающего через узел, и знак «-» для тока, протекающего через узел.

  • Далее первое уравнение закона Кирхгофа записывается следующим образом:
  • Уравнение, составленное по первому закону, называется узлом.

Этот закон представляет тот факт, что заряд не хранится и не потребляется в узле. Общий заряд, достигающий узла, равен общему заряду, покидающему узел в течение того же периода.

В замкнутой цепи алгебраической суммы ЭДС эта схема равна алгебраической сумме падений напряжения элементов этой схемы.

Номер элемента (резистора или источника напряжения) в рассматриваемой цепи.
Количество уравнений, составленных по второму закону Кирхгофа, определяется следующим образом:

Где число ветвей в электрической цепи?

Количество идеальных источников ЭДС. Для каждого проводника — твердый, жидкий, газ — существует определенная зависимость силы тока от приложенной характеристики напряжение-вольт-ампер (CVC). Он имеет простейшую форму металлического проводника и раствора электролита (рис. 5.2) и определяется по закону Ома.

Согласно закону Ома для однородного (без внешней силы) участка цепи, сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению проводника R.

  • Единица сопротивления — Ом ([R] = 1 Ом). Ом — это сопротивление проводника, которое позволяет току 1 А протекать при напряжении 1 В.

Сопротивление зависит от свойств, формы и геометрических размеров проводника. Для равномерного цилиндрического проводника

Длина проводника, площадь поперечного сечения.

Удельное сопротивление проводника с длиной r 1 м и поперечным сечением зависит от природы и температуры проводника ([r] = Ом.м).

  • Получите закон Ома для однородных сечений дифференциальной цепочки форм. Для этого выберите основной цилиндрический объем с генератором рядом с точкой внутри проводника и в этой точке, параллельной вектору плотности тока j.

В сложных цепях есть соединения, которые не происходят ни от последовательных, ни от параллельных. К таким соединениям относятся трехлучевые звезды и треугольники сопротивления. Во многих случаях их взаимные эквивалентные преобразования могут упростить схему и привести ее к цепям со смешанным резистором (параллельным и последовательным). В этом случае сопротивление звезды или треугольника необходимо пересчитать определенным образом.

Смотрите также:

Закон Ома для участка цепи

Пожалуй, закон Ома для участка цепи является основой электротехники и электроники. Любое Пособие по физике для поступающих в вузы описывает Закон Ома и любой инженер должен его знать. Этот закон настолько прост, что его, по идее, должен знать и понимать каждый школьник. Однако я встречал людей с высшим техническим образованием, которые не знали как рассчитать простейшую электрическую цепь из двух резисторов. И это не шутка. Именно поэтому я решил написать небольшую статью, посвящённую Закону Ома для участка цепи. Постараюсь сделать это понятными словами.

Закон Ома для участка цепи определяет зависимость между силой тока в проводнике и напряжением (разностью потенциалов) между двумя точками этого проводника. Эти точки ещё называют сечениями. Почему? Проводник, каким бы он ни был (круглым, квадратным или любой другой формы) можно мысленно рассечь (см. рис. 1). Это и будет сечение. А ещё есть понятие площадь поперечного сечения (обычно, когда говорят «сечение» по отношению к проводнику, то как раз и подразумевают площадь поперечного сечения, но это уже другая тема).

Рис. 1. Сечение проводника.

В 1826 г. немецким учёным Георгом Омом (1787-1854) было замечено, что отношение разности потенциалов (напряжения) на концах металлического проводника к силе тока является величиной постоянной, то есть:

U/I = R = const
Эта величина зависит от геометрических свойств проводника (то есть от его размеров, в частности, от площади поперечного сечения), а также от его электрических свойств и температуры. Эта величина называется омическим (активным) сопротивлением, или просто сопротивлением.

Определение закона Ома для участка цепи следующее

Сила тока прямо пропорциональна разности потенциалов (напряжению) на концах участка цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка:
I = U/R
Где
U – напряжение на данном участке цепи
R – сопротивление данного участка цепи
Сопротивление проводника – это основная электрическая характеристика проводника. Эта характеристика определяет упорядоченное перемещение носителей тока в этом проводнике (или на участке цепи).

Единица измерения омического сопротивления в СИ – ом (Ом). Проводник имеет сопротивление 1 Ом, если при силе тока в этом проводнике 1 А разность потенциалов (напряжение) на его концах равна 1 В, то есть

 
1 Ом = 1 В / 1 А
Иными словами, если взять проводник, по которому течёт ток силой 1 А, отмерить отрезок этого проводника таким образом, чтобы напряжение на концах этого отрезка было равно 1 В, то сопротивление этого отрезка будет 1 Ом (рис. 2).

Рис. 2. Сопротивление проводника.

Как говаривал один известный товарищ – теория без практики мертва. Надеюсь, что всё прочитанное выше вы поняли. Но остался один вопрос – зачем это надо? Где можно применить полученные знания на практике? Приведу два простых примера, которые, однако, используются очень часто в электронике.

Делитель напряжения

Довольно часто приходится сталкиваться с необходимостью понизить напряжение, например, с 12 до 3 вольт. Сделать это можно с помощью двух резисторов (см. рис. 3). Если вы не знаете, что такое резисторы, то советую ознакомиться со статьёй РЕЗИСТОРЫ. Ну а если знаете, то дальше можете прочитать о том, как это сделать.

Задача, в общем-то, не сложная. Требуется подобрать два резистора таким образом, чтобы падение напряжения на одном из них составляло 3 вольта, а на втором – (12 – 3) = 9 вольт (для нашего примера). Кроме того, необходимо знать ток, который должен протекать в цепи. Допустим, что в нашем случае ток должен быть равен 50 мА (0,05 А). Тогда, используя закон Ома для участка цепи, вычислим полное сопротивление цепи, то есть общее сопротивление резисторов R1 и R2:

R = U/I = 12 В / 0,05 А = 240 Ом
Напомню, что все единицы измерения должны соответствовать принятым в СИ, то есть напряжение измеряется в ВОЛЬТАХ, ток – в АМПЕРАХ, а сопротивление – в ОМАХ.

Поскольку на любом участке цепи из последовательно включенных элементов ток одинаков, то вычислить сопротивление резисторов R2 и R1 не составит труда:

R1 = U1 / I = 9 / 0,05 = 180 Ом
R2 = U2 / I = 3 / 0,05 = 60 Ом
Ну вот и всё. Задача решена. Однако использовать такой делитель нужно с умом. Ведь любая нагрузка имеет своё сопротивление, которое называется входным сопротивлением. Это значит, что, подключив нагрузку к выходу делителя, мы тем самым уменьшим сопротивление цепи, а это, в свою очередь, увеличит ток в цепи и падение напряжения на резисторе R1 увеличится, а на нагрузке, соответственно, уменьшится. Что из этого следует? А следует из этого тот печальный факт, что сколь-нибудь мощную нагрузку подключать к выходу делителя нецелесообразно. Поэтому такие делители используются в основном, в электронных схемах, где протекают относительно небольшие токи.

Если интересно, то вы можете немного поэкспериментировать с делителем напряжения при помощи представленного ниже флэш-ролика (рис. 3). Для изменения входного напряжения и сопротивления резисторов воспользуйтесь соответственными “ползунками” или непосредственно введите данные в поля жёлтого цвета. Если флэш-ролик не отображается или не работает, то вам придётся настроить (или заменить) ваш браузер и/или установить (обновить) флэш-плеер.

Рис. 3. Делитель напряжения.

Как зажечь (но не сжечь) светодиод?

Светодиоды в наше время применяются очень широко – от простых устройств индикации до автомобильных фонарей и светофоров. Возможно, у вас возникала мысль поменять лампочки в автомобиле на светодиоды. Как бывалый автомобилист я вам этого делать не советую – возни много, а смысла мало. А вот как электронщик – помогу разобраться в премудростях включения светодиодов в электрическую цепь. Дело это несложное, но многие просто понятия не имеют, что и здесь нужно всё делать «по науке». А потом говорят, что светодиоды – вещь ненадёжная, хотя, как правило, выходят из строя светодиоды при правильной эксплуатации очень и очень редко. А вот при неправильной – ещё как. При желании сжечь светодиод можно моментально.

Надо сказать, что сейчас в магазинах довольно много разных «мигающих» и прочих светодиодов, которые на самом деле являются электронными устройствами, встроенными в корпус светодиодов. Такие устройства можно подключать непосредственно к источнику питания, без гасящего резистора. Однако мы здесь будем говорить об обычных светодиодах.

Схема включения светодиода показана на рис. 4. При включении светодиода в цепь постоянного тока необходимо соблюдать полярность (см. документацию на светодиод).

Итак, главное, что нам нужно знать:

  • Максимальное напряжение
  • Максимально допустимый ток светодиода
Максимально допустимый ток светодиода – это ток, при котором гарантируется долговременная работа светодиода без выхода его из строя. Не надо путать с кратковременным максимальным током. Эти данные берутся из справочных материалов. Но обычно ток светодиода составляет 10…20 мА.

Итак, допустим, что мы зачем-то хотим установить светодиод на автомобиль. Напряжение бортовой сети автомобиля при исправном оборудовании не может превышать 15 В. На это напряжение и будем рассчитывать. Допустим, что максимальный ток нашего светодиода составляет 20 мА (0,02 А). Далее нам необходимо учесть тот факт, что на любом полупроводнике (коим является и светодиод) падает какое-то напряжение. Для светодиодов это обычно 1,5…2 В. Примем его для нашего случая равным 2 В.

Поскольку резистор и светодиод будут подключены последовательно, то максимально возможное напряжение на резисторе для нашего примера будет

U1 = U – Ud = 15 – 2 = 13
Где
U1 – напряжение на гасящем резисторе R1
U – входное напряжение
Ud – напряжение, падающее на светодиоде
Теперь остаётся рассчитать резистор таким образом, чтобы через него протекал ток 20 мА при напряжении 13 В. Делаем это с помощью известного нам закона Ома для участка цепи:
R = U1 / I = 13 / 0,02 = 650 Ом
Ну вот и всё. Задача решена – для включения светодиода с заданными характеристиками нам потребуется резистор сопротивлением 650 Ом. Однако сопротивление – это не единственный параметр резистора. Резистор ещё должен иметь подходящую мощность. Кроме того, промышленностью не выпускаются резисторы сопротивлением 650 Ом (точнее, выпускаются, но для особых случаев). Но это уже другая история. Хотите знать больше? Читайте статью РЕЗИСТОРЫ.

Ну и кроме того предоставлю вам возможность закрепить полученный материал с помощью флэш-ролика (рис. 4).

Рис. 4. Подключение светодиода.

См. также:


Закон Ома — Викизнание… Это Вам НЕ Википедия!

Закон Ома связывает величину напряжения (либо ЭДС) и силы тока в линейной электрической цепи с её сопротивлением. Открыт в 1826 году. Назван в честь Георга Ома.

Существует два варианта закона Ома в интегральной форме — для участка цепи и для всей цепи, дифференциальная форма и расширения его для случаев синусоидального переменного тока и переходных процессов.

Закон Ома для участка цепи[править]

Закон Ома для участка цепи гласит, что сила тока в участке цепи помноженная на сопротивление участка равна напряжению между его концами.

В виде формулы:

либо

где

Закон можно выразить также через величину электрической проводимости :

Обе записи закона Ома эквивалентны.

Закон Ома для всей цепи[править]

Закон ома для всей цепи гласит, что сила тока циркулирующего по неразветвлённой замкнутой цепи, помноженная на суммарное сопротивление этой цепи равна суммарной ЭДС источников в ней.

В виде формулы:

где

Закон Ома в дифференциальной форме[править]

Дифференциальная форма позволяет рассматривать не целый участок цепи, а бесконечно малый элемент проводника с током посредством связи векторов напряжённости электрического поля и плотности тока через удельное сопротивление или удельную проводимость :

, или
.

То есть дифференциальная форма закона Ома полностью аналогична интегральной с учётом замены величин, описывающих макроскопические физические тела на величины, описывающие физические поля в конкретной точке пространства. При этом однако следует учитывать, что удельные сопротивление и проводимость являются вообще говоря тензорами, и, если среда проявляет анизотропию по отношению к электрическому току, то векторы напряжённости и плотности тока могут иметь разные направления (электрический ток отклоняется от линий электрического поля).

Закон Ома для переменного тока[править]

Закон Ома применим как к постоянному току, так и к мгновенным значениям напряжения и тока:

где

  • — напряжение между концами участка цепи в момент времени ,
  • — сила тока, протекающего через участок цепи в момент времени .

Более того, закон Ома применим и к таким величинам, как амплитудное, действующее, среднее, минимальное, максимальное значение, размах напряжения и тока, связывая соответствующие величины между собой. Так амплитуда напряжения будет связана с амплитудой тока выражением

среднее значение напряжения и тока — выражением:

и т. д. Любая линейная функция тока и напряжения будет подчиняться закону Ома, если закону Ома подчиняется мгновенное значение.

Применимость закона Ома[править]

Закон Ома носит эмпирический характер. Он с хорошей точностью применим к подавляющему большинству материалов. К таким материалам, например, относятся металлы и сплавы, электролиты, их растворы и расплавы и многие другие вещества. Неприменим закон, или применим в очень узких пределах к полупроводникам.

Применимость закона ограничена не только материалами. Закон не учитывает различные эффекты, которые могут приводить нелинейности или непостоянству коэффициента пропорциональности. К таким эффектам можно отнести влияние саморазогрева на сопротивление, скин-эффект, электрический и термический пробой.

Протекание электрического тока через неидеальный проводник приводит к преобразованию электрической энергии в тепло, а, следовательно к повышению температуры проводника. Электрическое сопротивление материалов зависит от температуры, а значит, прохождение тока будет влиять на сопротивление, таким образом зависимость тока от напряжения будет нелинейной. Наличие обратной связи между сопротивлением и разогревом это может приводить к сложному характеру зависимости, например, к лавинообразному. Также в силу инерционности тепловых процессов он также будет иметь зависимость от времени. Эффект сильно проявляет себя в нагревательных приборах и лампах накаливания, а также используется в самовосстанавливающихся предохранителях и бареттерах.

Скин-эффект вытесняет переменный электрический ток на поверхность проводника, что приводит к возрастанию сопротивления проводника от частоты тока. Несмотря на то, что он не вносит нелинейность в зависимость тока от напряжения, возникает зависимость сопротивления от частоты. Это также приводит к искажению формы электрических сигналов с широким спектром.

Расширения закона Ома[править]

Закон Ома для реактивного сопротивления[править]

При протекании тока через такие элементы, как конденсаторы и катушки индуктивности закон Ома для мгновенных значений тока и напряжения не выполняется. Однако, если рассматривать действие на такие элементы напряжения, подчиняющемуся гармоническому закону:

в силу их линейности ток также будет гармоническим, но со сдвигом фазы :

При этом амплитудные значения напряжения и тока будут пропорциональны (при отрицательном сдвиге фаз её значение будет отрицательным), так что можно можно написать для них следующую формулу:

где коэффициент пропорциональности называется реактивным сопротивлением. Его можно вычислить по формулам:

для катушки с индуктивностью и
для конденсатора с ёмкостью ,

где — частота в герцах, — угловая частота гармонического сигнала.

Закон Ома для комплексных амплитуд[править]

метода комплексных амплитуд позволяет обобщить действие закона Ома на цепи обладающие как активным, так и реактивным сопротивлением. Для этого вводятся и — комплексные напряжение и ток, выражающие амплитуду и фазу, и комплексное сопротивление , где — активное сопротивление, — реактивное сопротивление, — мнимая единица, и сам закон принимает форму:

Ту же связь можно аналогично выразить через комплексную проводимость , где — активная проводимость и — реактивная проводимость:

Изучаем закон Ома, понятия плотность тока и электрическая проводимость.

В практической электротехнике большое значение имеет за­висимость между напряжением на концах проводника и величиной тока в нем. Эта зависимость выражена в законе Ома. Но перед тем, как разобраться, что представляет собой закон Ома, необходимо разобрать понятия «плотность тока» и «электрическая проводимость».

Плотность тока. Электрическая проводимость

Плотность тока в проводе зависит от количества электричества (заряда), проходящего через единицу поперечного сечения  провода в секунду. Плотность электрического тока на рисунке:

В свою очередь, этот заряд зависит от средней скорости движения заряженных частиц в направлении, параллельном оси провода. Средняя скорость движения частиц пропорциональна силе поля в проводе или напряженности электрического поля. Таким образом, плотность тока  в проводе пропорциональна напряженности электрического поля Е, т. е.

j = yE 

где y — коэффициент, зависящий от материала провода и его температуры и называется удельная электрическая проводимость.

Так как в однородном поле
E = U / i, а j = I / S
то
I / S = j U / l

откуда

I = j S / l U = g U

где g — величина, зависящая от материала провода, его длины и поперечного сечения и называемая электрической про­водимостью, при неизменной температуре постоянна для данного провода. Электрическая проводимость величина обратная сопротивлению и измеряется в Сименсах (См).

Выражение I = jS/l U = gU, найденное опытным путем в первой поло­вине XIX века, представляет собой закон Ома, который явля­ется одним из основных законов электротехники. Согласно за­кону Ома, ток в проводнике прямо пропорционален напряже­нию между его концами.

Закон Ома для электрической цепи

В простейшем случае электрическая цепь состоит из источника питания и нагрузки (потребителя).

Закон Ома для участка цепи звучит так:

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна приложенному к нему напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

Закон Ома формула:

Используя формулу закона Ома и зная два параметра цепи можно найти и третий. Например зная ток и напряжение на участке цепи можно вычислить сопротивление этой цепи. Для это цели придумали «магический треугольник» закона Ома:

Теперь мы рассмотрим закон Ома для полной цепи.

Для выше изображенной электрической цепи в другой статье было получено уравнение:
Е = U + U0.
По закону Ома напряжения U и U0 пропорциональны току в цепи:
U = Ir и U0 = Ir0,
где r0 — внутреннее сопротивление источника питания, а r—сопротивление внешнего участка цепи.
Подставив вместо U и U0 их значения, получим, что
Е = Ir + Ir0 = I(r + r0).
Отсюда ток
I = E / r +r0
Найденная зависимость называется законом Ома для электрической цепи или закон Ома для полной электрической цепи. Этот закон звучит так:

Ток в цепи прямо пропорционален ЭДС источника питания и обратно пропорционален сопротивлению нагрузки, плюс сопротивление проводников цепи, плюс внутреннее сопротивление источника питания.

Из статьи также следует, что напряжение на зажимах источника питания
U = E — U0 = E — Ir0.
Размыкание электрической цепи соответствует увеличению сопротивления приемника (внешнего сопротивления) до бесконечности. В этом случае ток равен нулю, а напряжение на зажимах источника питания
U = Е — Ir0 = E

Закон

Ом – PubMed

Закон Ома – это взаимосвязь между тремя физическими явлениями: током, напряжением и сопротивлением. Ток определяется как поток положительного заряда от источника к источнику отрицательного заряда. Единицами измерения тока являются Кл / с для количества заряда (Кл), который проходит за единицу времени (с). Ампер (А) – это обычная единица измерения тока, равная 1 Кл / с, а символом тока является I. Ток является внутренним свойством, так как он зависит от других аспектов, таких как размер системы.Чтобы точно сравнить величину тока для разных систем, ток нормализован по площади или массе системы. Это описывается следующим образом:

  1. J = I / A

  2. J = I / m

Где J – плотность тока в л / (м · м) или л / г, в зависимости от того, как сравниваются системы, I – ток (A), A – площадь поперечного сечения (м · м), а m – масса (г). Обратите внимание, что часто j используется для тока вместо I, чтобы избежать путаницы с мнимыми числами.Поэтому следует обратить внимание на определения символов, так как они могут варьироваться в зависимости от случая.

Напряжение – это еще одна часть закона Ома, который устанавливает объем работы, необходимый для перемещения заряда. Единица измерения напряжения – Дж / Кл, что равно широко распространенной единице Вольт (В). Напряжение измеряет электрический потенциал объекта по отношению к заряду. Путем подачи напряжения на заряд совершается работа, которая обеспечивает движение заряда. Сумма начисления по сравнению с индивидуальным начислением, известная как точечный сбор, может быть определена следующим образом:

  1. V = kq / (r · r)

Где V – электрический потенциал (V), k – постоянная 8.99 E 9 Н · м · м / (Кл · К), q – это заряд точки (Кл), а r – расстояние от точечного заряда (м).

Сопротивление – это противодействие движению заряда. Сопротивление аналогично эффектам трения в текущей воде или скользящем предмете. Единицы измерения сопротивления – Ом, что обозначается заглавной греческой буквой Омега. Чтобы рассчитать величину сопротивления в объекте, можно использовать следующее уравнение:

  1. R = Rho · l / A

Где R – сопротивление (Омега), Rho – удельное сопротивление объекта (Омега · м), l – длина объекта (м), а A – площадь поперечного сечения объекта (м · м).Удельное сопротивление различно для каждого объекта и зависит от структуры материала. Расчет удельного сопротивления выходит за рамки данной статьи.

Сопротивление также можно нормализовать, чтобы обеспечить точное сравнение в каждом конкретном случае. Нормированное сопротивление определяется как:

  1. R ’= R · A

Где R – нормализованное сопротивление (Омега · м · м). Сопротивление, препятствующее прохождению заряда, обратно пропорционально току.Поскольку текущая нормализация относится к единицам площади, нормализация сопротивления умножается на единицы площади поперечного сечения из-за обратной зависимости.

Обратная величина сопротивления (1 / R) известна как проводимость, которая измеряет способность объекта проводить заряд, выраженный в единицах Сименс (S). Дальнейшее обсуждение поведения выходит за рамки данной статьи; Однако стоит отметить обратную зависимость проводимости от сопротивления.

Учитывая ток, напряжение и сопротивление, закон Ома определяется как:

  1. V = I · R

Размерный анализ необходим, чтобы гарантировать единообразие единиц.

Закон

Ом Статья

Введение

Закон Ома – это взаимосвязь между тремя физическими явлениями: током, напряжением и сопротивлением. Ток определяется как поток положительного заряда от источника к источнику отрицательного заряда.Единицами измерения тока являются Кл / с для количества заряда (Кл), который проходит за единицу времени (с). Ампер (А) – это обычная единица измерения тока, равная 1 Кл / с, а символом тока является I. Ток является внутренним свойством, так как он зависит от других аспектов, таких как размер системы. Чтобы точно сравнить величину тока для разных систем, ток нормализован по площади или массе системы. Это описывается следующим образом:

Где J – плотность тока в л / (м · м) или л / г, в зависимости от того, как сравниваются системы, I – ток (A), A – площадь поперечного сечения. (m · m), а m – масса (г).Обратите внимание, что часто j используется для тока вместо I, чтобы избежать путаницы с мнимыми числами. Поэтому следует обратить внимание на определения символов, так как они могут варьироваться в зависимости от случая.

Напряжение – это еще одна часть закона Ома, который определяет объем работы, необходимый для перемещения заряда. Единица измерения напряжения – Дж / Кл, что равно широко распространенной единице Вольт (В). Напряжение измеряет электрический потенциал объекта по отношению к заряду. Путем подачи напряжения на заряд совершается работа, которая обеспечивает движение заряда.Величину заряда по сравнению с индивидуальным зарядом, известную как точечный заряд, можно определить следующим образом:

Где V – электрический потенциал (В), k – постоянная 8,99 E 9 Н · м · м / (C · C), q – заряд точки (C), а r – расстояние от точечного заряда (м).

Сопротивление – это противостояние движению заряда. Сопротивление аналогично эффектам трения в текущей воде или скользящем предмете. Единицы измерения сопротивления – Ом, что обозначается заглавной греческой буквой Омега.Чтобы рассчитать величину сопротивления в объекте, можно использовать следующее уравнение:

Где R – сопротивление (Омега), Rho – удельное сопротивление объекта (Омега · м), l – длина объекта (м ), а A – площадь поперечного сечения объекта (м · м). Удельное сопротивление различно для каждого объекта и зависит от структуры материала. Расчет удельного сопротивления выходит за рамки данной статьи.

Сопротивление также можно нормализовать, чтобы обеспечить точное сравнение в каждом конкретном случае.Нормализованное сопротивление определяется по формуле:

, где R – нормализованное сопротивление (Омега · м · м). Сопротивление, препятствующее прохождению заряда, обратно пропорционально току. Поскольку текущая нормализация относится к единицам площади, нормализация сопротивления умножается на единицы площади поперечного сечения из-за обратной зависимости.

Сопротивление, обратное сопротивлению (1 / R), называется проводимостью, которая измеряет способность объекта проводить заряд, выраженный в единицах Сименс (S).Дальнейшее обсуждение поведения выходит за рамки данной статьи; Однако стоит отметить обратную зависимость проводимости от сопротивления.

Учитывая ток, напряжение и сопротивление, закон Ома определяется как:

Размерный анализ необходим для обеспечения согласованности единиц. [1] [2] [3] [4]

Функция

Закон Ома изначально был эмпирическим выводом, основанным на соотношении между током и напряжением; тем не менее, это остается неизменным в микроскопических и макроскопических наблюдениях.Закон Ома широко используется в электронике и при создании схем, а также при разработке аккумуляторов и других электрохимических приложениях. Сфера применения закона Ома не ограничивается схемами, так как его также можно использовать для создания молекул и полимеров. Каждый атом содержит протоны и электроны, которые можно использовать для создания химических связей с другими атомами. При приложении напряжения к материалу происходит окислительно-восстановительная реакция, когда один электрон удаляется из одной молекулы и присоединяется к другой.Это имеет множество исследовательских приложений, таких как хранение энергии, химия материалов, органическая химия и многое другое. Эти приложения используют закон Ома и позволили ученым создавать материалы новыми способами.

Чтобы выбрать правильное напряжение, необходимо учитывать сопротивление, а также количество необходимого заряда. Если сопротивление велико, а напряжение мало, тока не хватит для подачи заряда повсюду. И наоборот, если напряжение слишком велико, ток может повредить схему устройства или разрушить молекулы.Использование электричества по закону Ома требует внимания к потребностям приложения для получения желаемой мощности.

Проблемы, вызывающие озабоченность

Основная проблема закона Ома заключается в том, что вычисления могут усложняться из-за сложных схем и электрохимических явлений. Например, общее сопротивление состоит из различных типов сопротивления, таких как омическое сопротивление, сопротивление массопереносу и сопротивление переносу заряда.При оптимизации электрических характеристик устройств существует компромисс: уменьшение одного сопротивления может увеличить другое. Это главное соображение в исследованиях проектирования и оптимизации, чтобы найти, какие значения лучше всего подходят для данного приложения. Часто эти различные типы сопротивления трудно измерить, и для получения точных значений требуются сложные машины. Кроме того, сопротивление также изменяется со временем по мере ухудшения структурной целостности устройства. Это также может изменить ожидаемые результаты закона Ома, если это не учитывать.[5] [6]

Клиническая значимость

Закон

Ом используется в каждом электрическом устройстве для приложения правильного количества заряда с учетом сопротивления. Хотя клиницистам не нужно будет быстро рассчитывать напряжение, ток и сопротивление для этих устройств, понимание взаимосвязи может дать интуитивное представление о том, как работают электрические устройства. Закон Ома также присутствует в человеческом теле и имеет множество применений. Например, нервы нервной системы используют электрические свойства для передачи сообщений друг другу.Эти электрические сигналы могут быть отображены датчиками и лучше поняты клиницистами. Gao et al. и Su et al. изучили электрические свойства костей и продвинулись в лечении заболеваний костей. В человеческом теле есть множество электрических путей и процессов. Понимая фундаментальное управляющее уравнение, врачи могут работать над решением проблем по-новому.

Улучшение результатов команды здравоохранения

Закон Ома – это взаимосвязь между тремя физическими явлениями: током, напряжением и сопротивлением.Ток определяется как поток положительного заряда от источника к источнику отрицательного заряда. Закон Ома изначально был эмпирическим выводом, основанным на соотношении между током и напряжением; тем не менее, это остается неизменным в микроскопических и макроскопических наблюдениях. Закон Ома широко используется в электронике и при создании схем, а также при разработке аккумуляторов и других электрохимических приложениях.

Закон

Ом | Encyclopedia.com

gale

просмотров обновлено 14 мая 2018

Закон Ома – это соотношение между напряжением на электрической цепи , электрическим сопротивлением в цепи и током в цепи.Этот закон назван в честь его первооткрывателя Георга Симона Ома. Ом обнаружил, что для большинства электрических цепей напряжение в цепи было равно току, протекающему по цепи, умноженному на электрическое сопротивление цепи. При одинаковом напряжении в цепи с низким сопротивлением будет более высокий ток, чем в цепи с более высоким сопротивлением. Напряжение, правильное название разности потенциалов, измеряется в вольтах, а сила тока – в амперах (амперах). Следовательно, сопротивление выражается в вольтах на ампер, что определяется в омах.

Важно понимать, что закон Ома не является фундаментальным законом, который всегда применяется, например, закон всемирного тяготения. Скорее, это эмпирический закон, который, как было установлено экспериментально, большую часть времени работает достаточно хорошо. Однако бывают моменты, обычно в крайних случаях, когда закон Ома нарушается. Например, если в цепи приложено очень высокое напряжение, закон Ома не сможет предсказать правильное значение тока. Хотя закон Ома не всегда применим, он работает в большинстве повседневных ситуаций и поэтому очень полезен.

Например, почему короткое замыкание приведет к срабатыванию предохранителя или автоматического выключателя? Когда происходит короткое замыкание, большая часть электрического сопротивления в цепи обходится. Фактически создается новая цепь с очень низким сопротивлением. Итак, согласно закону Ома, если сопротивление очень низкое, ток должен быть очень большим. Предохранители и автоматические выключатели предназначены для защиты цепи путем перегорания при слишком высоком токе. Следовательно, короткое замыкание приведет к возникновению тока, достаточного для перегорания предохранителя.В качестве еще одного приложения, электронные устройства часто имеют резисторы, помещенные в цепь для увеличения сопротивления и, следовательно, ограничения тока.

The Gale Encyclopedia of Science

Oxford

просмотров обновлено 8 мая 2018 Закон Ома Отношение напряжения ( В, ), приложенного к проводнику, и электрического тока ( I ), протекающего через него. оно при постоянной температуре является постоянным, и это электрическое сопротивление ( R ) проводника, такое, что В / I = R .При высоких плотностях тока для некоторых материалов закон может нарушиться.

Словарь наук о Земле AILSA ALLABY и MICHAEL ALLABY

oxford

просмотров обновлено 27 июня 2018 г. Закон Ома Заявление о том, что величина постоянного тока через материал пропорциональна напряжению на нем. Например, если напряжение удваивается, то удваивается и ток. Предложенный в 1827 году немецким физиком Георгом Омом (1787–1854), закон Ома математически выражается как В = IR (где В, – напряжение в вольтах, I – ток в амперах, а R – сопротивление в Ом).

Всемирная энциклопедия

Закон Ома – основы


Настроить Около!
ПОИСК

CQ-Calling All Радиолюбители!
О Hamuniverse
Конструкция антенны
Безопасность антенн!
Спросите у Элмера
Об аккумуляторах
Нормы и правила
Компьютерная помощь
Электроника
FCC Информация
Ham Hints
Humor
Ham Radio News! Обзоры публикаций

Обзоры продуктов
Видео для радиолюбителей!
HF и Shortwave

Лицензия Study
Links
Midi Music
Читальный зал
Repeater Basics
Повторитель Строители
RFI Советы и Уловки
Ham Satellites
Коротковолновое прослушивание
SSTV
Поддержка сайта
МАГАЗИН
Vhf and Up
Политика конфиденциальности
Контакты Политика конфиденциальности
9010

Рекламная информация

Основной закон Ома

Здесь мы попытаемся объяснить закон Ома основы!

Закон Ома может быть очень трудно понять любому, у кого никогда не было базовые знания или обучение основам электричества.Мы предположим что у вас есть некоторые знания в области электричества. Мы объясним это в условия расхода воды! НЕ МОРАТЬСЯ!

Что такое Ом Закон:

Закон Ома составлен из 3 математических уравнений , которые показывают соотношение между электрическим напряжением , текущий и сопротивление .

Что такое напряжение? An анологии был бы огромный резервуар с водой

, наполненный с тысячами галлонов воды высоко на холме.
Разница между давлением воды в баке и водой, выходящей из труба, соединенная снизу, ведущая к крану, определяется размер трубы и размер выходного отверстия крана. Эта разница Давление между ними можно рассматривать как потенциальное напряжение.

Что сейчас? Можно провести аналогию с количество потока, определяемое давлением (напряжением) воды через трубы

, ведущие к крану.Срок ток относится к количеству, объему или интенсивности электрического потока, как в отличие от напряжения, которое относится к силе или «давлению», вызывающим текущий поток.

Что такое сопротивление? Аналогия будет размер водопроводных труб и размер крана. В чем больше труба и кран (меньше сопротивление), тем больше воды поступает из! Чем меньше труба и кран (больше сопротивление), тем меньше воды что выходит! Это можно рассматривать как сопротивление потоку водное течение.


Все три из них: напряжение, ток и сопротивление напрямую взаимодействуют по закону Ома.
Измените любые два из них, и вы произведете третий.

Информация: Закон Ома назван в честь баварцев. математик и физик Георг Ом .

Закон Ома может быть заявлено как математических уравнений , все полученные из у
тот же принцип.
В следующих уравнениях,
В – напряжение, измеренное в вольт (размер резервуар для воды),

I измеряется ток в

ампер (связано с давлением (Напряжение) воды через трубы и кран) и

R измеряется сопротивление в Ом

в зависимости от размера труб и крана:

В = I x R (напряжение = ток, умноженный на Сопротивление)

R = В / I (сопротивление = напряжение, деленное на Текущий)

I = V / R (ток = Напряжение, деленное на сопротивление)

Зная любые два значения цепи , можно определить (вычислить) треть, с помощью Ома Закон.

Например, чтобы найти напряжение в цепь:

Если в цепи есть ток 2 ампера, и сопротивление 1 Ом, (<это два "известных"), то согласно закону Ома и приведенным выше формулам напряжение равно току умноженное на сопротивление:

(В = 2 ампера x 1 Ом = 2 вольт).

Чтобы найти ток в той же цепи выше при условии, что мы этого не знали , но мы знаем напряжение и сопротивление:
I = 2 В, разделенное на сопротивление 1 Ом = 2 амперы.

В этом третьем примере мы знаем ток (2 ампера) и напряжение (2 вольта) …. какое сопротивление?
Замена формула:
R = Вольт, деленное на ток (2 вольта делить на 2 ампера = 1 Ом

Иногда очень полезно Свяжите эти формулы Визуально. «Колеса» закона Ома и графика ниже может быть очень полезным инструментом, чтобы пробудить вашу память и помочь вам понять их отношения.



Проводной Коммуникации – отличный источник
для всего вашего разъема потребности!

Колесо наверху разделен на три части:

Вольт V (вверху разделительной линии)
Амперы (амперы) I (внизу слева ниже разделительной линии)
Resistance R (внизу справа под разделительной линией) линия)
X представляет (умножить на знак)
Запомнить это колесо

Чтобы использовать, просто покрыть мысленным взором нужное вам неизвестное количество и то, что осталось это формула для поиска неизвестного.

Пример:

Чтобы найти ток цепи (I), просто закройте секцию I или Amps в ваших шахтах глаза, а то, что остается, – это напряжение V выше разделительной линии и R Ом (сопротивление) ниже него. Теперь подставьте известные значения. Просто разделить известное напряжение на известное сопротивление.
Ваш ответ будет ток в цепи.
Та же процедура используется для поиска вольт или сопротивление цепи!

Вот другой пример:

Вы знаете ток и сопротивление в цепи, но вы хотите узнать Напряжение.

Просто Покройте секцию напряжения мысленным взором … что осталось, это I X R разделы. Просто умножьте значение I на значение R, чтобы получить ответ! Практикуйтесь с колесом, и вы удивитесь, насколько хорошо оно работает. поможет запомнить формулы, не пытаясь!
Это Ома Графический треугольник закона также полезен для изучения формул.
Просто крышка неизвестное значение и следуйте рисунку, как в примерах с желтым колесом выше.

Вы нужно вставить X между I и R на графике и представить горизонтальная разделительная линия, но основная – это просто тем же.


В указанном выше Вы заметите, что колесо закона Ома имеет добавленную секцию (P) для мощности. и буква E * использовалась вместо буквы V для Напряжение.
Это колесо используется точно так же, как и другие колеса и графика выше.
Вы также заметите в синих / зеленых областях есть только два известных значения с неизвестным значением в желтом разделы. Красные полоски разделяют четыре единицы интерес.

Ан Пример использования этого колеса:
Допустим, вы знаете мощность и ток в цепи и хотите знать напряжение.
Найдите свой неизвестное значение в желтых областях (V или E * в этом колесе) и просто посмотрите наружу и выберите те ценности, которые вам известны.Это будет P и I. Подставьте свои значения в формулу, (P, деленное на I) выполните математика и у вас есть ответ!

Информация: Обычно закон Ома применяется только к Цепи постоянного тока, а не переменного тока схемы .
* Буква «Е» иногда используется в обозначениях Закона Ома. для напряжения вместо “V”, как в колесе выше.


Проводной Коммуникации – отличный источник для всех ваших потребностей в радиочастотном соединителе! Большой Цены!





Hamuniverse.com использует сеть Green Geeks Хостинг!

L3: Закон Ома – Физические вычисления

Содержание

  1. Закон Ома
    1. Связь закона Ома с нашими аналогами с водой
    2. Почему \ (I \), а не \ (C \)?
  2. Обязательно используйте базовые единицы
    1. Общие префиксы СИ
    2. Конвертирующие единицы
  3. Давайте проанализируем некоторые схемы!
    1. Пример 1: Решить для текущего
      1. Шаг 1: Определить известные
      2. Шаг 2: Применить известные
      3. Шаг 3: Решить для тока I
    2. Пример 2: Решить для тока снова (но с другим сопротивлением)
    3. Пример 3: Найти напряжение
    4. Пример 4: Найти сопротивление
  4. Упражнение: Использование симулятора цепей
  5. Краткое содержание урока
  6. Ресурсы
  7. Следующий урок

В этом уроке мы узнаем о законе Ома , один из наиболее важных эмпирических законов в электрических цепях, который описывает, как связаны между собой ток , , напряжение , напряжение и сопротивление , .Хотя закон Ома невероятно полезен для анализа и понимания того, как работают схемы, как и многие «законы», он не всегда соблюдается (особенно для так называемых «неомических» устройств, таких как светодиоды или другие диоды). Но мы к этому еще вернемся.

А пока перейдем к закону Георга Ома!

Закон Ома

В 1827 году, после многих лет экспериментов, немецкий физик Георг Симон Ом опубликовал « Гальваническая цепь, исследованная математически, », которая стала основой закона Ома.Закон Ома гласит, что ток (\ (I \) в амперах) в проводнике прямо пропорционален приложенному напряжению (\ (V \) в вольтах) против сопротивления проводника (\ (R \) в омах) :

\ [I = \ frac {V} {R} \]

Таким образом, если мы удвоим напряжение в нашей цепи, например, соединив две батареи последовательно, то мы также удвоим ток. Закон Ома имеет большое значение для построения и использования схем с микроконтроллерами, включая делители напряжения и резистивные датчики.

Важно отметить, что вы увидите и будете использовать закон Ома во всех трех эквивалентных воплощениях (которые могут быть получены с помощью простой алгебры):

Если вы хотите найти ток в своей схеме, вы используете: \ (I = \ frac {V} {R} \)

Чтобы найти для напряжения , используйте: \ (V = I * R \)

Чтобы найти для сопротивления , используйте: \ (R = \ frac {V} {I } \)

Обратите внимание, как эти уравнения соотносятся с концепциями, которые мы объясняли в нашем первом уроке по напряжению, току и сопротивлению, к которым вы, возможно, захотите вернуться.Например, \ (I = \ frac {V} {R} \) ясно демонстрирует, что для увеличения тока мы можем либо увеличить напряжение , либо уменьшить сопротивление .

Связь закона Ома с нашими аналогами с водой

Снова опираясь на наши гидравлические и электрические аналогии (которые мы в достаточной мере использовали в предыдущих уроках), мы можем выделить еще одно сходство. В 1840-х годах Пуазейль эмпирически показал, что скорость потока воды через трубу равна перепаду давления в трубе, деленному на сопротивление трубы – это закон Пуазейля .И это имеет смысл концептуально: большая разница давлений между двумя концами трубы создает большую силу, а меньшее сопротивление позволяет большему потоку воды.

Вам знакомо это уравнение? Должно. Это в точности закон Ома! Ток в цепи прямо пропорционален падению напряжения в цепи, деленному на ее сопротивление. См. Изображение ниже.

Рисунок. Закон Пуазейля для плавного течения жидкости и закон Ома для электрического тока аналогичны.Изображение основано на HyperPhysics в штате Джорджия и создано в PowerPoint. Изображения Пуазейля и Ома взяты из Википедии.


ПРИМЕЧАНИЕ:

Уравнение закона Пуазейля справедливо только для плавного (ламинарного, а не турбулентного) течения ньютоновской жидкости, такой как вода. Но такое условие не имеет отношения к электрическому току.


Почему \ (I \), а не \ (C \)?

Вы можете спросить: «Если \ (R \) – это сопротивление r в омах (Ом), а V – это напряжение В, в вольтах (В), то почему \ (I \) используется для обозначения c ток в амперах (A), а не \ (C \)? » Две причины: во-первых, \ (C \) уже зарезервирован для единицы СИ, состоящей из столбцов (C), которая используется в самом определении ампер (напомним, что \ (1 \ A = 1 \ C / s \)) и таким образом, можно запутаться! Во-вторых, ампер назван в честь Андре-Мари Ампера, считающегося отцом электромагнетизма, который называл силу тока « i ntensité du courant» или « i ntensité du courant».Итак, ток равен \ (I \), а не \ (C \).

Обязательно используйте базовые блоки.

Распространенная проблема при применении закона Ома – или при анализе цепей в целом – это испорченные базовые блоки. В цифровых схемах мы часто имеем дело с кОм (кОм), , что составляет 1000 Ом, миллиампер (ма), , что составляет \ (\ frac {1} {1000} \) (0,001) усилителя – или даже микроампер (мкА), что составляет одну миллионную (\ (\ frac {1} {1,000,000} \) или 0,000001) усилителя, и так далее. Нам нужно преобразовать эти единицы в базовых единиц в вольтах (В), омах (Ом) и амперах (А) для выполнения нашего анализа.

Например, если схема содержит резистор 2,2 кОм с батареей 9 В, для расчета тока не следует по ошибке писать \ (I = \ frac {9V} {2,2 Ом} A \), а вместо этого \ (I = \ frac {9V} {2200Ω} A \). Первый даст вам 4,1 А (большая сила тока и неправильный!), А второй дает правильное значение 0,0041 А, что составляет 4,1 мА.

Итак, всегда проверяйте свои устройства дважды!

Общие префиксы SI

Ниже мы написали несколько общих префиксов SI, большинство из которых должно быть вам знакомо по другим измеряемым величинам.{-12} \) pico n триллионная пикосекунда, пикоамп

Таблица Эта диаграмма основана на веб-странице метрических префиксов SI NIST и рисунке 2.2 в книге Бартлетта.

Единицы преобразования

Для преобразования между префиксной единицей и базовой единицей мы умножаем на коэффициент преобразования. Чтобы преобразовать базовую единицу в единицу с префиксом, мы делим на коэффициент преобразования .

Так, например, чтобы преобразовать 2.{-6}} = 37 мкА \).

Разберем схемы!

Уф, хорошо, теперь мы готовы приступить к анализу некоторых схем. Мы начнем с простой схемы и перейдем к ней. Анализируя (или даже готовясь к созданию) схем, всегда полезно взять карандаш и бумагу. Итак, сделайте это сейчас.

Кроме того, полезно иметь способ проверить нашу работу, что мы можем сделать в симуляторе схем. Мне нравится использовать CircuitJS, но я также использовал EveryCircuit и CircuitLab – последнее стоит денег.

Прежде чем мы начнем, давайте посмотрим это видео, в котором я строю простую резистивную схему в CircuitJS и вычисляю ее ток с учетом источника напряжения и резистора.

Видео Видео было создано с помощью симулятора CircuitJS. Прямая ссылка здесь.

Пример 1: Решить для тока

Представьте себе схему с батарейным питанием и одним резистором (базовым, да, но педагогически мощным!). Если нам заданы напряжение \ (9 В \) и сопротивление (\ (100 Ом \)), можем ли мы решить для тока \ (I \)?

Рисунок. Простая схема с питанием 9 В и одним резистором \ (100 Ом \). Можете ли вы решить, используя закон Ома, относительно тока \ (I \)? Изображения сделаны в Fritzing и PowerPoint.

Шаг 1. Определите известных

Чтобы начать анализ, вам нужно определить все, что вы знаете об этой цепи.

Обратите внимание, что все провода, соприкасающиеся с положительной клеммой батареи , имеют одинаковый электрический потенциал (\ (9V \)), который мы теперь пометили красным, и все провода, соприкасающиеся с отрицательной клеммой батареи , имеют одинаковый электрический потенциал. (\ (0V \)) – который мы отметили черным.Обратите внимание, что хотя у медных проводов есть некоторое сопротивление, оно настолько мало (особенно для длин в цифровой цепи), что мы можем смоделировать его как \ (0Ω \) (действительно, провода всегда предполагаются \ (0Ω \) в этом виде схемотехнического анализа).

И поскольку мы решаем для тока, нам нужно использовать формулировку закона Ома: \ (I = \ frac {V} {R} \). Более конкретно, поскольку напряжение всегда относительно – разность электрических потенциалов – мы используем \ (I = \ frac {V_1 – V_2} {R} \)

Рис. Все провода, соприкасающиеся с плюсовой клеммой аккумулятора, имеют одинаковое напряжение (9 В). Точно так же все провода, соприкасающиеся с отрицательной клеммой аккумулятора, имеют одинаковое напряжение (0 В). Изображения сделаны в Fritzing и PowerPoint.

Шаг 2: Примените знания

Установив, что все провода наверху схемы (те, которые непосредственно подключены к положительной клемме) имеют одинаковый электрический потенциал, мы можем отметить это как один узел \ (V_1 \ ) . Точно так же все провода, соприкасающиеся с отрицательной клеммой АКБ, можно назвать узлом \ (В_2 \) .

Теперь мы можем заменить \ (9V \) на \ (V_1 \) и \ (0V \) на \ (V_2 \). И мы также знаем, что \ (R = 100Ω \), что дает нам полное уравнение: \ (I = \ frac {9V – 0V} {100Ω} \)

Рис. Мы можем назвать все провода, соприкасающиеся с положительным клеммным узлом батареи \ (V_1 \), и все провода, соприкасающиеся с отрицательным клеммным узлом \ (V_2 \). Используя эту информацию, мы можем заменить \ (9V \) на \ (V_1 \) и \ (0V \) на \ (V_2 \). Изображения сделаны в Fritzing и PowerPoint.

Шаг 3: Решить для тока I

Наконец, мы готовы решить для тока \ (I = \ frac {9V – 0V} {100Ω} \ Rightarrow 0.09A \ Rightarrow 90mA \)

Сделали. Мы успешно применили закон Ома для определения тока!

Пример 2: Снова вычислить для тока (но с другим сопротивлением)

Давайте попробуем снова вычислить для тока с помощью аналогичной схемы. На этот раз сопротивление увеличено с \ (100 Ом \) до \ (4,7 кОм \).

Прежде чем делать что-либо еще: полезно подумать о концептуально , что произойдет?

Ток уменьшается, верно? И делает это пропорционально.

Действительно, ток изменяется от \ (90 мА \) с \ (100 Ом \) до \ (I = \ frac {9V} {4700 Ом} \ Rightarrow 0.0019𝐴 \ Rightarrow 1.9𝑚𝐴 \), что не очень много!

Рисунок. Как и ожидалось, ток \ (I \) снижается, когда сопротивление \ (R \) увеличивается.

Пример 3: Найти напряжение

Как отмечалось выше, мы можем использовать три различных формулировки закона Ома (\ (I = \ frac {V} {R} \), \ (V = I * R \), и \ (R = \ frac {V} {I} \)), чтобы помочь нам проанализировать различные неизвестные в схеме.

В этом случае давайте воспользуемся законом Ома, чтобы найти неизвестный источник напряжения . Предположим, что схема аналогична предыдущей: один источник напряжения (но неизвестного напряжения) с одним резистором размером \ (100 Ом \) и током \ (I = 50 мА \).

Поскольку мы вычисляем напряжение, мы должны использовать формулу \ (V = I * R \). Первое, что нам нужно сделать, это убедиться, что все наши измерения находятся в базовых единицах . Сила тока нет, поэтому измените его на силу тока (а не в миллиампер): \ (I = 50 мА \ Rightarrow 0.05А \).

Теперь мы можем легко найти \ (V = 0,05A * 100Ω = 5V \). Батарея является источником напряжения \ (5В \).

Рисунок. Используя формулировку \ (V = I * R \) закона Ома, мы можем найти напряжение при известном токе \ (I \) и известном сопротивлении \ (R \). Изображения сделаны в Fritzing и PowerPoint.

Пример 4: Решите для сопротивления

Готов поспорить, вы уже поняли это!

Наконец, вы можете использовать \ (R = \ frac {V} {I} \) для определения сопротивления, если известны \ (V \) и \ (I \).В этом случае давайте вернемся к нашей батарее \ (9 В \) и предположим, что у нас есть ток \ (1,32 мА \). Какой номинал резистора \ (R \)?

Опять же, первое, что нужно сделать, это преобразовать все единицы в базовые. Итак, \ (1.32mA \ Rightarrow 0.00132A \).

Теперь мы можем найти \ (R = \ frac {9V} {0.00132A} \ Rightarrow 6818.2Ω \ Rightarrow 6.8kΩ \)

Рис. Используя формулировку \ (R = \ frac {V} {I} \) закона Ома, мы можем найти сопротивление \ (R \) при известном напряжении \ (V \) и известном токе \ (I \ ).Изображения сделаны в Fritzing и PowerPoint.

Упражнение: Использование симулятора схем

Теперь, когда мы сформировали начальное понимание закона Ома, пора построить и поиграть с некоторыми схемами в симуляторе схем.

Используя CircuitJS, постройте и проанализируйте пять различных типов резистивных цепей. Вы можете создавать любые схемы с некоторыми требованиями:

  • Все схемы должны иметь только один источник питания
  • Вы должны использовать только резисторы
  • Вы можете использовать столько резисторов на схему, сколько хотите, но дважды щелкните по провода для отображения тока / напряжения
  • Для каждой схемы сделайте снимок экрана и поместите его в журнал прототипирования вместе с кратким отражением того, что вы наблюдали / узнали.

Вы можете сохранить свои схемы одним из двух способов: (1) загрузить их локально (Файл -> Сохранить как) или (2) экспортировать их как общую ссылку (Файл -> Экспортировать как ссылку) – используйте последний вариант. для ваших журналов по прототипированию.

В свои журналы прототипирования включите снимок экрана каждой схемы CircuitJS вместе с кратким описанием того, что вы наблюдали, и прямой ссылкой на созданную вами схему CircuitJS.

Краткое содержание урока

В этом уроке мы узнали:

  • Что существует эмпирический закон, называемый законом Ома, который описывает линейную зависимость между напряжением, током и сопротивлением
  • В частности, закон Ома утверждает, что ток в цепь – это полное напряжение, деленное на полное сопротивление (\ (I = \ frac {V} {R} \)).Этот закон основан на концепциях и интуиции, которые мы развили в первом уроке этой серии.
  • Мы также узнали, как применить закон Ома к некоторым простым схемам, чтобы найти неизвестные токи, напряжения и сопротивления. для новичков забывает преобразовать измерения в базовые единицы
  • Затем мы поигрались со схемами в CircuitJS и сделали наблюдения.

Ресурсы

Следующий урок

В следующем уроке мы применим закон Ома к более сложным схемам, особенно к тем, которые объединяют резисторы в серии и те, которые объединяют их в параллельно .

Предыдущая: Схема Следующая: Последовательные и параллельные резисторы


Все материалы с открытым исходным кодом созданы лабораторией Makeability Lab и профессором Джоном Э. Фрелихом. Нашли ошибку? Отправьте сообщение о проблеме на GitHub.

Использование закона Ома | LEARN.PARALLAX.COM

Знаете ли вы?

Различные формы уравнений закона Ома используются по-разному. В этом разделе вы увидите:

  • Быстрый математический трюк, позволяющий запомнить только одну версию уравнения
  • Пример использования в электронном дизайне
  • Как это определяет соотношение единиц В, А и Ом

Трюк с памятью с помощью уравнения закона Ома

Хотя существует множество уловок с памятью для запоминания версий, которые решают для I и R, вы также можете просто запомнить V = I x R, а затем разделить на обе стороны, чтобы изолировать I или R.Другими словами, если вы решаете для I, разделите R на обе части V = I x R, и результат будет I = V / R. Или, если вы решаете для R, разделите обе стороны на I. R = V / I.


Закон Ома: «Ток через проводник между двумя точками прямо пропорционален напряжению в этих двух точках».
Это переводится прямо в I = V / R, где (1 / R) – это «прямо пропорциональная» константа, которую можно умножить на напряжение для расчета тока.В законе Ома используется термин «две точки», чтобы сделать его более общим. Конечно, точка на каждом выводе резистора – это две точки, но это также может относиться к точкам на длинных проводах. Длинный провод, как и линия электропередачи, имеет очень маленькое сопротивление на длину. Чем длиннее провод, тем больше сопротивление.

Рассчитайте сопротивление, чтобы получить максимальное значение

Ранее вы экспериментировали с заменой резисторов, чтобы сделать свет тусклее или ярче. Резисторы меньшего размера позволяют протекать по цепи большему току, делая свет ярче.Одна из целей прототипа или проекта – сделать свет максимально ярким. Это можно сделать, проверив ограничения по току, а затем выбрав резистор, который заставит схему проводить наибольший ток в пределах этих ограничений.

В соответствии с распиновкой Edge Connector и micro: bit, источник питания 3,3 В модуля V2 может обеспечивать ток до 270 мА. Но максимальный ток светодиода составляет 20 мА, так что это ограничивающий фактор. Итак, если вы разрабатываете устройство и вам нужен максимально яркий свет, вот как вы использовали бы закон Ома для расчета наименьшего резистора, который вы можете безопасно использовать (без повреждения светодиода, превышая его текущие характеристики).

У светодиодов

есть свойство, называемое прямым напряжением, и оно немного изменяется с током, но не сильно. Итак, предположим, что падение напряжения на нем при 20 мА все еще будет около 2,1 В, как мы тестировали в разделе «Измерение напряжения». Это означает, что напряжение на резисторе по-прежнему будет около 1,2 В, потому что они все еще должны добавить до 3,3 В. Опять же, это потому, что закон напряжения Кирхгофа (KVL) гласит, что напряжения на компонентах должны в сумме составлять питания.

R = V / I
= 1.2 В / 0,020 А
= 60 Ом

Важно: используйте в цепи светодиода резистор такого маленького размера только в том случае, если вы получаете питание от шины 3,3 В и заземления на макетной плате. Микробитовый вывод ввода / вывода не может подавать даже 5 мА в цепь светодиода с сопротивлением 220 Ом без провала напряжения. Это приблизительные оценки, и в конструкциях изделий часто применяется снижение номинальных характеристик, чтобы гарантировать, что ни одна из частей никогда не выйдет из строя. быть слишком близкими к их максимальным или минимальным значениям. Например, вы можете в конечном итоге повторить расчет резистора, используя 15 мА, на всякий случай.


Равенства единиц по закону Ома

Поскольку единицей измерения напряжения является В, единицей измерения тока является А, а единицей измерения сопротивления – Ом, закон Ома также говорит нам, как соотносятся V, A и Ω:

1 А = 1 В / Ом
1 В = 1 А x Ом
1 Ом = 1 В / А


Твоя очередь
  • Используйте то, что вы узнали, чтобы создать сценарий, который вычисляет сопротивление по току и напряжению.
  • Используйте калькулятор, чтобы проверить результаты вашего скрипта.
  • Обязательно назовите скрипт calculate_r_from_v_and_i и сохраните свой скрипт.
  • Не беспокойтесь об отображении омега-Ом для единиц. Просто используйте вместо этого «ом».

Закон Ома 101: его формула, история и применение

Электрический ток, который питает вентиляторы и чайники в наших домах, регулируется законом Ома, фундаментальным правилом электрического потока, которое было дано Георгом Омом в 1827 году. Широкую применимость этого закона можно понять по тому факту, что, несмотря на то, что он был сформулирован почти 200 лет назад, он по-прежнему актуален сегодня и имеет значение почти для всех нас в нашей повседневной жизни.

Включаете ли вы обогреватель в комнате или настраиваете утюг на режим хлопка, закон Ома – это то, что позволяет вам достичь желаемого потока тока для ваших конкретных нужд. В мире физики этот закон считается важным и важным способом определения силы электрического тока, протекающего через проводник.

Что такое закон Ома? Треугольник

Ома Источник: PNG Kit

Закон Ома объясняет взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением.Он утверждает, что при постоянной температуре и физических условиях количество электрического тока (I), проходящего через металлический проводник в цепи, прямо пропорционально напряжению (V). Ом выразил это открытие в форме простого уравнения, описывающего взаимосвязь напряжения, тока и сопротивления:

В ∝ I

В = IR

I = V / R или R = V / I

Здесь V = напряжение (вольты),

I = ток (ампер)

и R = сопротивление (Ом)

Этот закон легко понять, если провести аналогию с наблюдением за потоком. воды через трубу.Чем больше давление воды, тем больше воды будет выходить из трубы. Точно так же при заданном значении сопротивления, когда к проводнику приложено большее напряжение, будет течь больше тока. Закон Ома также означает, что, если мы знаем значения любых двух: напряжения, тока или сопротивления в цепи, мы можем определить третье.

Вывод закона Ома из модели Друде Модель Друде. Источник: Rafaelgarcia / Wikimedia Commons

В 1900 году Пол Друде предложил модель Друде, которая упрощает объяснение движения электронов в твердом теле, например в металле.Модель использовала классическую механику, чтобы рассматривать твердое тело как фиксированный массив ядер в «море» несвязанных электронов, и кинетическую теорию газов, чтобы оценить скорость дрейфа.

Друде использовал следующую формулу для расчета средней скорости дрейфа электронов и аппроксимации проводимости ряда невалентных металлов:

p = −eEτ

Здесь p = средний импульс

−e = заряд электрона

τ = среднее время между

Плотность тока оказалась прямо пропорциональной электрическому полю, поскольку и плотность тока, и импульс были пропорциональны скорости дрейфа.Применив закон Ома к своей модели движения электронов, Друде смог построить модели, предсказывающие электронные транспортные свойства металлов.

История закона Ома

Источник: BerndGehrmann / Wikimedia Commons

В 1827 году закон Ома был представлен в книге Георга Ома Гальваническая цепь, математически вычисленная , но, несмотря на то, что он был настолько фундаментальным для физики электричества, этот закон не был не был хорошо принят другими учеными и критиками в то время. Тогдашний министр образования Германии посчитал открытия Георга Ома ересью и сказал, что “…. физик, исповедующий такие ереси, был недостоин преподавать науку ».

В последующие годы Ом жил в бедности, частным образом обучая в Берлине, пока в 1833 году не стал директором Политехнической школы Нюрнберга. Лондонское королевское общество признало важность его открытия и наградило его медалью Копли. В следующем году они приняли его в члены.

В 1849 году, всего за 5 лет до его смерти, мечта всей жизни Ома осуществилась, когда ему вручили Профессор экспериментальной физики Мюнхенского университета.

Закон Ома получил широкое признание, и, помимо науки об электричестве, он также оказался полезным при проектировании телеграфных систем по сравнению с предыдущим законом, данным Питером Барлоу, который ранее ошибочно заключил, что величина тока была пропорциональна площади поперечного сечения проводника.

Даже современные теории, определяющие электромагнетизм и электрические цепи, согласуются с законом Ома. Удивительно, но закон работает даже на атомарном уровне; электрический ток через кремниевые провода, состоящие из 5 атомов, все еще течет согласно соотношению, заданному в законе Ома.

Последние тенденции

Законы, выведенные Георгом Омом, до сих пор являются предметом дискуссий и экспериментов среди ученых всего мира. Каждый год проводится множество исследований, основанных либо на принципах Ома, либо в попытках избежать их воздействия.

В 2019 году исследователи из Калифорнийского университета в Беркли провели эксперимент по улучшению ионной проводимости в литий-ионных батареях. В этом эксперименте была предложена обновленная версия закона Ома для анализа силы тока через бинарные электролиты, в котором для управления током использовался постоянный потенциал.

Этот эксперимент проводился в рамках попытки усовершенствовать технологию литий-ионных аккумуляторов, которая питает нынешнее поколение электромобилей, ноутбуков, смартфонов, аэрокосмических устройств и даже некоторых технологий военного уровня.

В мае 2020 года еще один такой интересный эксперимент провела группа ученых из Окинавского института науки и технологий аспирантуры (OIST).

В то время как закон Ома предполагает, что, когда сопротивление поровну разделено между двумя путями, электроны делятся поровну по одним и тем же путям, отдел квантовой динамики в OIST провел эксперименты, чтобы найти любое отклонение в движении электронов, когда они находятся в жидкости, а не в жидкости. твердая среда.

Эксперименты, проведенные учеными из отдела квантовой динамики, выявили некоторые интересные детали, касающиеся поведения риплополяронов (электронов, захваченных в тяжелой жидкости), и обнаружили, что в определенных ситуациях движение электронов следовало за сохранением импульса, а не за счетом Ома. Закон.

Интересные факты о законе Ома

Источник: T_Tide / Pixabay

Применение закона Ома (на основе V = IR) ограничено цепями с постоянным током (DC) только и не работает при наличии переменного тока (AC) протекает по контуру.

Этот закон также связан с конструкцией и функционированием современных электронных устройств, таких как смартфоны, ноутбуки и зарядные устройства, работающие от постоянного тока. Это позволяет инженерам рассчитать адекватную подачу энергии через эти устройства.

Единица сопротивления названа Ом (Ом) в честь Георга Ома в честь его вклада в области физики.

Считается, что этот популярный закон физики впервые открыл английский физик Генри Кавендиш, который никогда не публиковал свои научные открытия по электрическому току.Позже, когда Ом проводил собственное исследование связи между напряжением и током, он натолкнулся на аналогичные открытия и опубликовал закон под своим именем.

Амперметр постоянного тока, используемый для измерения значения постоянного тока на любом устройстве постоянного тока, также следует этому закону.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.