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.

Закон Ома.

Программа КИП и А

В программу «КИП и А», в разделе «Электрика» включен блок расчета закона Ома для постоянного и переменного тока. Сначала немного теории..

Для постоянного тока

Закон Ома определяет зависимость между током (I), напряжением (U) и сопротивлением (R) в участке электрической цепи. Наиболее популярна формулировка:

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

I = U / RгдеI – сила тока, измеряемая в Амперах, (A)   
U – напряжение, измеряемое в Вольтах, (V)
R – сопротивление, измеряется в Омах, (Ω)

Закон Ома, является основополагающим в электротехнике и электронике. Без его понимания также не представляется работа подготовленного специалиста в области КИП и А. Когда-то была даже распространена такая поговорка, – “Не знаешь закон Ома, – сиди дома.

.”.

Помимо закона Ома, важнейшим является понятие электрической мощности, P:

Мощность постоянного тока (P) равна произведению силы тока (I) на напряжение (U), т.е.

P = I × UгдеP – эл. мощность, измеряемая в Ваттах, (W)
I – сила тока, измеряемая в Амперах, (A)   
U – напряжение, измеряемое в Вольтах, (V)

Комбинируя эти две формулы, выведем зависимость между силой тока, напряжением, сопротивлением и мощностью, и создадим таблицу:

Сила тока,I=U/RP/U√(P/R)
Напряжение,U=I×RP/I√(P×R)
Сопротивление,R=U/IP/I²U²/P
Мощность,
P=
I×UI²×RU²/R

Практический пример использования таблицы: Покупая в магазине утюг, мощностью 1 кВт (1 кВт = 1000 Вт), высчитываем на какой минимальный ток должна быть рассчитана розетка в которую предполагается включать данную покупку:
Несмотря на то, что утюг включается в сеть переменного тока, пренебрегаем его реактивным сопротивлением (см. ниже), и используем упрощенную формулу для постоянного тока. Находим в таблице I = P / U. Получаем: 1000 кВт / 220 В (напряжение сети) = 4,5 Ампера. Это и есть минимальный ток, который должна выдерживать розетка, при подключении к ней нагрузки мощностью 1 кВт.

Наиболее распространенные множительные приставки:

  • Сила тока, Амперы (A): 1 килоампер (1 kА) = 1000 А. 1 миллиампер (1 mA) = 0,001 A. 1 микроампер (1 µA) = 0,000001 A.
  • Напряжение, Вольты (V): 1 киловольт (1kV) = 1000 V. 1 милливольт (1 mV) = 0,001 V. 1 микровольт (1 µV) = 0,000001 V.
  • Сопротивление, Омы (Om): 1 мегаом (1 MOm) = 1000000 Om. 1 килоом (1 kOm) = 1000 Om.
  • Мощность, Ватты (W): 1 мегаватт (1 MW) = 1000000 W. 1 киловатт (1 kW) = 1000 W. 1 милливатт (1 mW) = 0,001 W.

Для переменного тока

В цепи переменного тока закон Ома может иметь некоторые особенности, описанные ниже.

Импеданс, Z

В цепи переменного тока, сопротивление кроме активной (R), может иметь как емкостную (C), так и индуктивную (L) составляющие. В этом случае вводится понятие электрического импеданса, Z (полного или комплексного сопротивления для синусоидального сигнала). Упрощенные схемы комплексного сопротивления приведены на рисунках ниже, слева для последовательного, справа для параллельного соединения индуктивной и емкостной составляющих.


Последовательное включение R, L, C
Параллельное включение R, L, C

Также, полное сопротивление, Z зависит не только от емкостной (C), индуктивной (L) и активной (R) составляющих, но и от частоты переменного тока.

Импеданс, Полное сопротивление, Z
При последовательном включении R, L, CПри параллельном включении R, L, C
Z=√(R2+(ωL-1/ωC)2)Z=1/ √(1/R2+(1/ωL-ωC)2)
где,
ω = 2πγ – циклическая, угловая частота; γ – частота переменного тока.

Коэффициент мощности, Cos(φ)

Коэффициент мощности, в самом простом понимании, это отношение активной мощности (P) потребителя электрической энергии к полной (S) потребляемой мощности, т. е.

Cos(φ) = P / S

Он также показывает насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.
Изменяется от 0 до 1. Если нагрузка не содержит реактивных составляющих (емкостной и индуктивной), то коэффициент мощности равен единице.
Чем ближе Cos(φ) к единице, тем меньше потерь энергии в электрической цепи.

Исходя из вышеперечисленных понятий импеданса Z и коэффициента мощности Cos(φ), характерных для переменного тока, выведем формулу закона Ома, коэффициента мощности и их производные для цепей переменного тока:

I = U / ZгдеI – сила переменного тока, измеряемая в Амперах, (A)   
U – напряжение переменного тока, измеряемое в Вольтах, (V)
Z – полное сопротивление (импеданс), измеряется в Омах, (Ω)

Производные формулы:

Сила тока,I=U/ZP/(U×Cos(φ))√(P/Z)
Напряжение,U=I×ZP/(I×Cos(φ))√(P×Z)
Полное сопротивление, импедансZ=U/IP/I²U²/P
Мощность,P=I²×ZI×U×Cos(φ)U²/Z

Программа «КИП и А» имеет в своем составе блок расчета закона Ома как для постоянного и переменного тока, так и для расчета импеданса и коэффициента мощности Cos(φ). Скриншоты представлены на рисунках внизу:


Закон Ома для постоянного тока
Закон Ома для переменного тока
Расчет полного сопротивления
Расчет коэффициента мощности Cos(φ)

 

Закона Ома для участка цепи

В природе существует два основных вида материалов, проводящие ток и непроводящие (диэлектрики). Отличаются эти материалы наличием условий для перемещения в них электрического тока (электронов).

Из токопроводящих материалов (медь, алюминий, графит, и многие другие), делают электрические проводники, в них электроны не связаны и могут свободно перемещаться.

В диэлектриках электроны привязаны к атомам намертво, поэтому ток в них течь не может. Из них делают изоляцию для проводов, детали электроприборов.

Для того чтобы электроны начали перемещаться в проводнике (по участку цепи пошел ток), им нужно создать условия. Для этого в начале участка цепи должен быть избыток электронов, а в конце – недостаток. Для создания таких условий используют источники напряжения – аккумуляторы, батарейки, электростанции.

Формула Закона Ома

В 1827 году Георг Симон Ом открыл закон силы электрического тока. Его именем назвали Закон и единицу измерения величины сопротивления. Смысл закона в следующем.

Чем толще труба и больше давление воды в водопроводе (с увеличением диаметра трубы уменьшается сопротивление воде) – тем больше потечет воды. Если представить, что вода это электроны (электрический ток), то, чем толще провод и больше напряжение (с увеличением сечения провода уменьшается сопротивление току) – тем больший ток будет протекать по участку цепи.

Сила тока, протекающая по электрической цепи, прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна величине сопротивления цепи.

где
I – сила тока, измеряется в амперах и обозначается буквой А;
U – напряжение, измеряется в вольтах и обозначается буквой В;
R – сопротивление, измеряется в омах и обозначается .

Если известны напряжение питания U и сопротивление электроприбора

R, то с помощью вышеприведенной формулы, воспользовавшись онлайн калькулятором, легко определить силу протекающего по цепи тока I.

С помощью закона Ома рассчитываются электрические параметры электропроводки, нагревательных элементов, всех радиоэлементов современной электронной аппаратуры, будь то компьютер, телевизор или сотовый телефон.

Применение закона Ома на практике

На практике часто приходится определять не силу тока I, а величину сопротивления R. Преобразовав формулу Закона Ома, можно рассчитать величину сопротивления R, зная протекающий ток I и величину напряжения U.

Величину сопротивления может понадобится рассчитать, например, при изготовлении блока нагрузок для проверки блока питания компьютера. На корпусе блока питания компьютера обычно есть табличка, в которой приведен максимальный ток нагрузки по каждому напряжению.

Достаточно в поля калькулятора ввести данные величины напряжения и максимальный ток нагрузки и в результате вычисления получим величину сопротивления нагрузки для данного напряжения. Например, для напряжения +5 В при максимальной величине тока 20 А, сопротивление нагрузки составит 0,25 Ом.

Формула Закона Джоуля-Ленца

Величину резистора для изготовления блока нагрузки для блока питания компьютера мы рассчитали, но нужно еще определить какой резистор должен быть мощности? Тут поможет другой закон физики, который, независимо друг от друга открыли одновременно два ученых физика. В 1841 году Джеймс Джоуль, а в 1842 году Эмиль Ленц. Этот закон и назвали в их честь – Закон Джоуля-Ленца.

Потребляемая нагрузкой мощность прямо пропорциональна приложенной величине напряжения и протекающей силе тока. Другими словами, при изменении величины напряжения и тока будет пропорционально будет изменяться и потребляемая мощность.

где
P – мощность, измеряется в ваттах и обозначается Вт;
U – напряжение, измеряется в вольтах и обозначается буквой В;
I – сила ток, измеряется в амперах и обозначается буквой А.

Зная напряжения питания и силу тока, потребляемую электроприбором, можно по формуле определить, какую он потребляет мощность. Достаточно ввести данные в окошки ниже приведенного онлайн калькулятора.

Закон Джоуля-Ленца позволяет также узнать силу тока, потребляемую электроприбором зная его мощность и напряжение питания. Величина потребляемого тока необходима, например, для выбора сечения провода при прокладке электропроводки или для расчета номинала.

Например, рассчитаем потребляемый ток стиральной машины. По паспорту потребляемая мощность составляет 2200 Вт, напряжение в бытовой электросети составляет 220 В. Подставляем данные в окошки калькулятора, получаем, что стиральная машина потребляет ток величиной 10 А.

Еще один пример, Вы решили в автомобиле установить дополнительную фару или усилитель звука. Зная потребляемую мощность устанавливаемого электроприбора легко рассчитать потребляемый ток и правильно подобрать сечение провода для подключения к электропроводке автомобиля. Допустим, дополнительная фара потребляет мощность 100 Вт (мощность установленной в фару лампочки), бортовое напряжение сети автомобиля 12 В. Подставляем значения мощности и напряжения в окошки калькулятора, получаем, что величина потребляемого тока составит 8,33 А.

Разобравшись всего в двух простейших формулах, Вы легко сможете рассчитать текущие по проводам токи, потребляемую мощность любых электроприборов – практически начнете разбираться в основах электротехники.

Преобразованные формулы Закона Ома и Джоуля-Ленца

Встретил в Интернете картинку в виде круглой таблички, в которой удачно размещены формулы Закона Ома и Джоуля-Ленца и варианты математического преобразования формул. Табличка представляет собой не связанные между собой четыре сектора и очень удобна для практического применения

По таблице легко выбрать формулу для расчета требуемого параметра электрической цепи по двум другим известным. Например, нужно определить ток потребления изделием по известной мощности и напряжению питающей сети. По таблице в секторе тока видим, что для расчета подойдет формула I=P/U.

А если понадобится определить напряжение питающей сети U по величине потребляемой мощности P и величине тока I, то можно воспользоваться формулой левого нижнего сектора, подойдет формула U=P/I.

Подставляемые в формулы величины должны быть выражены в амперах, вольтах, ваттах или Омах.

Основные электротехнические формулы. Мощность. Сопротивление. Ток. Напряжение. Закон Ома.


Навигация по справочнику TehTab.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Физический справочник / / Электрические и магнитные величины / / Понятия и формулы для электричества и магнетизма.  / / Основные электротехнические формулы. Мощность. Сопротивление. Ток. Напряжение. Закон Ома.

Основные электротехнические формулы. Мощность. Сопротивление. Ток. Напряжение. Закон Ома.

Цепь постоянного тока (или, строго говоря, цепь без комплексного сопротивления)

Применимость формул: пренебрегаем зависимостью сопротивлений от силы тока.

P = мощность (Ватт)

U = напряжение (Вольт)

I = ток (Ампер)

R = сопротивление (Ом)

r = внутреннее сопротивление источнка ЭДС

ε = ЭДС источника

Тогда для всей цепи:

  • I=ε/(R +r) – закон Ома для всей цепи.

И еще ниже куча формулировок закона Ома для участка цепи :

Электрическое напряжение:

  • U = R* I – Закон Ома для участка цепи
  • U = P / I
  • U = (P*R)1/2

Электрическая мощность:

  • P= U* I
  • P= R* I2
  • P = U 2/ R

Электрический ток:

  • I = U / R
  • I = P/ E
  • I = (P / R)1/2

Электрическое сопротивление:

  • R = U / I
  • R = U 2/ P
  • R = P / I2

НЕ ЗАБЫВАЕМ: Законы Кирхгофа они же Правила Кирхгофа для тока и напряжения.

Цепь переменного синусоидального тока c частотой ω.

Применимость формул: пренебрегаем зависимостью сопротивлений от силы тока и частоты.

Напомним, что любой сигнал, может быть с любой точностью разложен в ряд Фурье, т.е. в предположении, что параметры сети частотнонезависимы – данная формулировка применима ко всем гармоникам любого сигнала.

Закон Ома для цепей переменного тока:

где:

Естественно, применительно к цепям переменного тока можно говорить и об активной/реактивной мощности.

  • U = U0eiωt  напряжение или разность потенциалов,
  • I  сила тока,
  • Z = Reiφ  комплексное сопротивление (импеданс)
  • R = (Ra2+Rr2)1/2  полное сопротивление,
  • Rr = ωL — 1/ωC  реактивное сопротивление (разность индуктивного и емкостного),
  • Rа  активное (омическое) сопротивление, не зависящее от частоты,
  • φ = arctg Rr/Ra — сдвиг фаз между напряжением и током.
Дополнительная информация:
  1. Электростатика.
  2. Закон Ома.
  3. Законы Кирхгофа они же Правила Кирхгофа для тока и напряжения.
  4. Формулы. Электрическое сопротивление проводника при постоянном токе, зависимость сопротивления проводника от температуры, индуктивное и ёмкостное (реактивное) сопротивление, полное реактивное сопротивление, полное сопротивление цепи при переменном токе
  5. Коэффициент мощности (cos φ, косинус фи ), Полная (кажущаяся), активная и реактивная мощность электродвигателя=электромотора и не только его. Коэффициент мощности для трехфазного электродвигателя.



Нашли ошибку? Есть дополнения? Напишите нам об этом, указав ссылку на страницу.
TehTab.ru

Реклама, сотрудничество: [email protected] ru

Обращаем ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Все риски за использование информаци с сайта посетители берут на себя. Проект TehTab.ru является некоммерческим, не поддерживается никакими политическими партиями и иностранными организациями.

Закон Ома – физика процесса на примере движения воды. Формулы зависимости сопротивления, напряжения, силы тока и мощности

Существует всего 2 базовых формулы которые помогут вам понять взаимосвязь между силой тока(Амер), напряжением(Вольт), сопротивлением (Ом) и мощностью (Ватт).
Зная хотя бы два из перечисленных параметра вы всегда можете рассчитать два других.
 

ЗАКОН ОМА

Базовая формула P=I*E E=I*R  
Расчет напряжения E=P/I E=I*R E=SQR(P*R)
Расчет силы тока I=P/E I=E/R I=SQR(P/R)
Расчет мощности P=I*E P=E 2 /R P=I 2 *R
Расчет сопротивления R=E 2 /P R=E/I R=P/I 2
P – Мощность (Ватт)
E – Напряжение (Вольт)
I – Сила тока (Ампер)
R – Электрическое сопротивление (Ом)
SQR – квадратный корень

 


Для справки:

Мы используем переменную E для обозначения напряжения, иногда вы можете встретить  обозначение V для напряжения. Не дайте себя запутать названиям переменных.

Изменение сопротивления:

На следующей схеме вы видите разность сопротивлений между системами изображенными на правой и левой стороне рисунка. Сопротивление давлению воды в кране противодействует задвижка, в зависимости от степени открытия задвижки изменяется сопротивление.

Сопротивление в проводнике изображено в виде сужения проводника, чем более узкий проводник тем больше он противодействует прохождению тока.

Вы можете заметить что на правой и на левой стороне схемы напряжение и давление воды одинаково.

Вам необходимо обратить внимание на самый важный факт.

В зависимости от сопротивления  увеличивается и уменьшается сила тока.

Слева при полностью открытой задвижке мы видим самый большой поток воды. И при самом низком сопротивлении, видим самый большой поток электронов (Ампераж) в проводнике.

Справа задвижка закрыта намного больше и поток воды тоже стал намного больше.

ужение проводника тоже уменьшилось вдвое, я значит вдвое увеличилось сопротивление протеканию тока. Как мы видим через проводник из за выского сопротивления протекает в два раза меньше электронов.


Для справки

Обратите внимание что сужение проводника изображенное на схеме используется только для примера сопротивления протеканию тока. В реальных условиях сужения проводника не сильно влияет на протекающий ток. Значительно большее сопротивление могут оказывать полупроводники и диэлектрики.

Сужающийся проводник на схеме изображен лишь для примера, для понимания сути происходящего процесса.

Формула закона Ома – зависимость сопротивления и силы тока

I = E/R

Как вы видите из формулы, сила тока обратнапропорциональна сопротивлению цепи.

Больше сопротивление = Меньше ток

 

* при условии что напряжение постоянно.
 

Изменение напряжения.

На изображенной схеме во всех системах сопротивление имеет одинаковую величину.
В этот раз на картинке изменяется сопротивление/давление.

Вы можете увидеть что при увеличении напряжения приводит к увеличению протекающего тока даже при постоянном сопротивлении.

Формула закона Ома – зависимость напряжения и силы тока

I = E/R

Обратите внимание что сила тока протекающего в проводнике прямопропорциональна напряжению.

Больше напряжение = Больше сила тока

 

* при условии что сопротивление постоянно.
 

Математический рассчет


Рассмотрим пример.
У нас есть аккумуляторная батарея с напряжением питания 12 Вольт. К ней напрямую подключен резистор (сопротивление) 10 Ом. Для того что бы рассчитать какая мощность приложена к нашему резистору, можно воспользоваться формулой.

P = E2/R
P = 122/10
P = 144/10.
P = 14.4 watts

Мощность рассеиваемая на резисторе состовляет 14,4 Ватта.

Если вы хотите определить величину тока протекающего через проводник, мы используем другую формулу

I = E/R
I = 12/10
I = 1.2 amps

Сила тока протекающего через цепь составляет 1,2 Ампера
—————-
Калькуляторы зависимости напряжения, силы тока и сопротивления.
 

1. Калькулятор рассеиваемой мощности  и протекающей силы тока в зависимости от сопротивления и приложенного напряжения.

 


Демо закона Ома в реальном времени.

Для справки
В данном примере вы можете увеличивать напряжение и сопротивление цепи. Данные изменения в реальном времени будут изменять силу тока протекающего в цепи и мощность рассеиваемую на сопротивлении.

Если рассматривать аудио системы – вы должны помнить что усилитель выдает определенное напряжение на определенную нагрузку (сопротивление). Соотношение двух этих величин определяет мощность.
Усилитель может выдать ограниченную величину напряжения в зависимости от внутреннего блока питания и источника тока. Так же точно ограничена и мощность которую может подать усилитель на определенную нагрузку (к примеру 4 Ома).
Для того что бы получить больше мощности, вы можете подключить к усилителю нагрузку с меньшим сопротивлением (к примеру 2 Ома). Учтите что при использовании нагрузки с меньшим сопротивлением – скажем в два раза (было 4 Ома, стало 2 Ома) – мощность тоже возрастет в два раза.(при условии что данную мощность может обеспечить внутренний блок питания и источник тока).
Если мы возьмем для примера моно усилитель мощностью 100 Ватт на нагрузку 4 Ома, зная что он может выдать напряжение не более 20 Вольт на нагрузку.
Если вы поставите на нашем калькуляторе бегунки
Напряжение 20 Вольт
Сопротивление 4 Ома
Вы получите
Мощность 100 Ватт  
 
Если вы сдвинете бегунок сопротивления на величину 2 Ома, вы увидите как мощность удвоится и составит 200 Ватт.

В общем примере источником тока является аккумуляторная батарея (а не усилитель звука) но зависимости силы тока, напряжения, сопротивления и сопротивления одинаковы во всех цепях.
 

 

Закон Ома для участка цепи. Закон Джоуля – Ленца. Работа и мощность электрического тока. Виды соединения проводников.

Количество теплоты, выделившееся при прохождении электрического тока по проводнику, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого шел ток: 

Последовательное соединение.

1. Сила тока во всех последовательно соединенных участках цепи одинакова:

I1=I2=I3=…=In=. ..

2. Напряжение в цепи, состоящей из нескольких последовательно соединенных участков, равно сумме напряжений на каждом участке:

U=U1+U2+…+Un+…

3. Сопротивление цепи, состоящей из нескольких последовательно соединенных участков, равно сумме сопротивлений каждого участка:

R=R1+R2+…+Rn+…

Если все сопротивления в цепи одинаковы, то:

R=R1. N

При последовательном соединении общее сопротивление увеличивается (больше большего).

Параллельное соединение.

1. Сила тока в неразветвленном участке цепи равна сумме сил токов во всех параллельно соединенных участках.

I=I1+I2+. ..+In+…

2. Напряжение на всех параллельно соединенных участках цепи одинаково:    

U1=U2=U3=…=Un=…

 3. При параллельном соединении проводников проводимости складываются (складываются величины, обратные сопротивлению):

Если все сопротивления в цепи одинаковы, то: 

При параллельном соединении общее сопротивление уменьшается (меньше меньшего).

4. Работа электрического тока в цепи, состоящей из последовательно соединенных участков, равна сумме работ на отдельных участках:

A=A1+A2+…+An+…  

т.к.  A=I2Rt=I2(R1+R2+…+Rn+…)t.

5. Мощность электрического тока в цепи, состоящей из последовательно соединенных участков, равна сумме мощностей на отдельных участках:

P=P1+P2+. ..+Pn+…  

6. Т.к. силы тока во всех участках одинаковы, то:       U1:U2:…:Un:…  = R1:R2:…:Rn:…

Для двух резисторов:  – чем больше сопротивление, тем больше напряжение.

4. Работа электрического тока в цепи, состоящей из параллельно соединенных участков, равна сумме работ на отдельных участках:

A=A1+A2+…+An+…   

т.к.     .

 

5. Мощность электрического тока в цепи, состоящей из параллельно соединенных участков, равна сумме мощностей на отдельных участках:

P=P1+P2+…+Pn+…  

6. Т.к. напряжения на всех участках одинаковы, то:

I1R1= I2R2=. ..= I3R3=…

Для двух резисторов:  – чем больше сопротивление, тем меньше сила тока.

Зависимость мощности от силы тока, формула мощности, физический смысл

Первое упоминание об электричестве встречается в опытах древнегреческого философа Фалеса. Именно он первым обнаружил, что предметы при трении притягиваются. Одноименный термин был введен в начале 17-го века английским физиком Гилбертом, после опытов, проведенных с магнитами. Отцом же науки об электричестве считается французский ученый Кулон – именно после открытия закона, получившего его имя, электротехника начала свою победную поступь, которая продолжается до сих пор. Этот закон утверждает, что два точечных заряда в безвоздушной среде взаимодействуют с силой, прямо пропорциональной их модулям и обратно – расстоянию между ними, возведенному в квадрат.

Выясним, что же представляет собой понятие электричество?

Если коротко, то это – направленное движение потока заряженных частиц. Тела, через которые они проходят, называются проводниками. Каждый проводник имеет определенное сопротивление электрическому току, которое раз

И, перед тем, как перейти к основным законам, несколько слов о заряженных частицах: они бывают, условно говоря, положительными и отрицательными. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются.

А теперь, перейдем к главному.

Основа-основ науки об электричестве – закон Ома.

Эксперимент, который провел этот немецкий физик, привел его к следующему убеждению: сила тока I, проходящего через металлический проводник, пропорциональна напряжению на его концах, или I = U/R

Здесь напряжением называется разность, образно говоря, «давлений», созданных двумя точками электрической цепи. Измеряют его в вольтах. Электрический ток представляет собой число электронов, которые пропускает участок электрической цепи и измеряется в амперах. Сопротивлением считается свойство цепи помешать этому движению. В честь упомянутого физика, его измеряют в омах. Иначе говоря, проводник, через который проходит ток в 1 ампер при напряжении в 1 вольт, обладает сопротивлением в 1 ом.

Вся остальная электротехника «пляшет» от этого.

О мощности электрического тока

В физике мощностью считают скорость выполнения работы. Неважно, какой. Чем эта операция проводится быстрее, тем большей считается мощность того, кто ее исполняет, будь то человек, механическое устройство или что-то еще.

Так же и в случае с электрическим током: ее мощность представляет собой отношение работы, произведенной движущимися электрическими зарядами к промежутку времени, которое для этого понадобилось.

Проще говоря, для того, чтобы получить электрическую мощность в 1 ватт, когда источник тока имеет напряжение 1 вольт, необходимо пропустить через проводник ток в 1 ампер. Другими словами, мощность (P) можно посчитать, перемножив друг на друга электрическое напряжение и ток:

P = U*I.

Запомнив эту нехитрую формулу, на практике можно рассчитать мощность. Например, если известны значения тока и сопротивления, а о напряжении сведений нет, можем воспользоваться законом Ома, подставив в формулу вместо него I*R. Получится, что мощность равна квадрату электрического тока, помноженному на сопротивление.

Этот закон точно так же придет на помощь, если известны величины напряжения и сопротивления. В этом случае подставив вместо значения тока I = U/R, получим значение мощности, равное квадрату напряжения, поделенному на сопротивление.

Вот так – ничего сложного!

Глава 21. Электрический ток. Законы Ома и Джоуля-Ленца

Для решения задач ЕГЭ на постоянный ток надо знать определения тока, напряжения, сопротивления, закон Ома для участка цепи и замкнутой цепи, закон Джоуля-Ленца, а также уметь находить эквивалентные сопротивления простейших электрически цепей. Рассмотрим эти вопросы.

Электрическим током называют упорядоченное движение заряженных частиц. Силой тока в некотором сечении проводника называется отношение заряда , протекшего через это сечение за интервал времени , к этому интервалу времени

(21.1)

Чтобы в проводнике тек электрический ток, в проводнике должно быть электрическое поле, или, другими словами, потенциалы различных точек проводника должны быть разными. Но при движении электрических зарядов по проводнику потенциалы различных точек проводника будут выравниваться (см. гл. 19). Поэтому для протекания тока в течение длительного времени на каких-то участках цепи необходимо обеспечить движение зарядов в направлении противоположном полю. Такое движение может быть обеспечено только силами неэлектрической природы, которые в этом контексте принято называть сторонними. В гальванических элементах («батарейках») сторонние силы возникают в результате электрохимических превращений на границах электродов и электролита. Эти превращения обеспечивают перемещение заряда противоположно направлению поля, поддерживая движение зарядов по замкнутому пути.

Сила тока в однородном участке проводника пропорциональна напряженности электрического поля внутри проводника. А поскольку напряженность поля внутри проводника связана с разностью потенциалов его концов (или электрическим напряжением на проводнике ), то

(21.2)

Коэффициент пропорциональности , который принято записывать в знаменатель формулы (21.2), является характеристикой проводника и называется его сопротивлением. В результате формула (21.2) принимает вид

(21.3)

Формула (21.3) называется законом Ома для однородного участка цепи, а сам участок цепи часто называют резистором (от английского слова resistance — сопротивление).

Если проводник является однородным и имеет цилиндрическую форму (провод), то его сопротивление пропорционально длине и обратно пропорционально площади сечения

(21. 4)

где коэффициент пропорциональности зависит только от материала проводника и называется его удельным сопротивлением.

Если участок цепи представляет собой несколько последовательно соединенных однородных проводников с сопротивлениями (см. рисунок), то сила тока через каждый проводник будет одинаковой , электрическое напряжение на всем участке цепи равно сумме напряжений на каждом проводнике , а эквивалентное сопротивление всего участка равно сумме сопротивлений отдельных проводников

(21.4)

Если участок цепи представляет собой несколько однородных проводников с сопротивлениями , соединенных параллельно (см. рисунок), то электрическое напряжение на каждом проводнике будет одинаковым , ток через участок будет равен сумме токов, текущих через каждый проводник , а величина, обратная эквивалентному сопротивлению всего участка, равно сумме обратных сопротивлений отдельных проводников

(21. 5)

Рассмотрим теперь закон Ома для замкнутой электрической цепи. Пусть имеется замкнутая электрическая цепь, состоящая из источника сторонних сил с внутренним сопротивлением и внешнего сопротивления . Пусть при прохождении заряда через источник сторонние силы совершают работу . Электродвижущей силой источника (часто используется аббревиатура ЭДС) называется отношение работы сторонних сил к заряду

(21.6)

В этом случае сила тока в цепи равна

(21.7)

Формула (21.7) называется законом Ома для замкнутой электрической цепи.

При прохождении электрического тока через участок цепи электрическое поле совершает работу (часто эту работу называют работой тока, хотя термин этот не очень точный). Очевидно, вся эта работа превращается в тепло. Поэтому если через участок цепи прошел заряд , где — сила тока в цепи, — время, то количество выделившейся теплоты равно

(21.8)

(для получения последнего и предпоследнего равенств использован закон Ома для участка цепи). Формулы (21.8) называются законом Джоуля-Ленца. Из формулы (21.8) следует, что количество выделившейся при протекании электрического тока теплоты линейно зависит от времени наблюдения. Поэтому отношение

(21.9)

которое называется мощностью тока, не зависит от времени наблюдения. Формулу (21.9) также называют законом Джоуля-Ленца.

Рассмотрим теперь задачи.

Структура металла кратко обсуждалась в гл. 16: положительно заряженные ионы расположены в узлах кристаллической решетки, образовавшиеся в результате диссоциации валентные электроны могут свободно перемещаться по проводнику (свободные электроны). Они и осуществляют проводимость металла (задача 21.1.1 — ответ 2).

Согласно определению (21.1) находим среднюю силу тока в канале молнии (задача 21.1.2)

(ответ 2).

Если за 1 мин через сечение проводника протекает заряд 60 Кл (задача 21.1.3), то сила тока в этом проводнике равна А. Применяя далее к этому проводнику закон Ома для участка цепи, получаем В (ответ 2).

По закону Ома для участка цепи имеем для силы тока через участок цепи после изменения его сопротивления и электрического напряжения на нем (задача 21.1.4)

Таким образом, сила тока уменьшилась в 4 раза (ответ 3).

Согласно закону Ома для участка цепи сопротивление — это коэффициент пропорциональности между напряжением на этом участке и силой тока в нем. Поэтому в задаче 21.1.5 имеем, например, используя крайнюю точку графика

(ответ 2). Из-за линейной зависимости тока от напряжения вычисления можно было выполнить и по другим точкам графика, ответ был бы таким же.

Согласно формуле (21.4) имеем для первой проволоки в задаче 21.1.6

где — удельное сопротивление меди, — длина проводника, — его радиус. Для медной проволоки с вдвое большей длиной и втрое бóльшим радиусом сечения имеем

(ответ 3).

Как следует из формулы (21.4) при двукратном уменьшении длины проводника вдвое уменьшается его сопротивление. Поэтому из закона Ома для участка цепи (21.3) заключаем, что при двукратном уменьшении напряжения на проводнике и двукратном уменьшении его длины (задача 21. 1.7) сила тока в проводнике не изменится (ответ 4).

В задаче 21.1.8 следует использовать закон Ома для замкнутой электрической цепи (21.7). Имеем

где — ЭДС источника, — сопротивлении е внешней цепи, — сопротивление источника (ответ 1).

В задаче 21.1.9 следует применить закон Ома для замкнутой электрической цепи (21.7) к какому-нибудь значению внешнего сопротивления, по графику найти силу тока в цепи, а затем и ЭДС источника. Проще всего применить закон Ома к случаю . Из графика находим силу тока . Поэтому

где — внутреннее сопротивление источника (ответ 3).

Из формулы (21.9) следует, что при фиксированном сопротивлении участка цепи увеличение электрического напряжения в 2 раза (задача 21.1.10) приведет к увеличению мощности тока в 4 раза (ответ 2).

В задаче 21.2.1 удобно использовать вторую из формул (21.9) . Имеем Вт (ответ 3).

Часто школьники не могут ответить на такой вопрос: из формулы для мощности тока следует, что мощность линейно растет с ростом сопротивления, а из формулы — убывает с ростом сопротивления. А как же в действительности мощность зависит от сопротивления? Давайте разберемся в этом вопросе на примере задачи 21.2.2. Конечно, оба предложенных «решения» неправильны: в них молчаливо предполагалось, что сила тока, текущего через это сопротивление, или напряжение на этом сопротивлении не зависят от его величины. А на самом деле эти величины от сопротивления зависят, причем эти зависимости могут быть разными для разных источников тока. Внутреннее сопротивление бытовых электрических сетей очень мало. В этом случае из законов Ома для замкнутой цепи и участка цепи (21.7), (21.3) следует, что напряжение на любом элементе, включенном в такую сеть, не зависит от сопротивления этого элемента и равно номинальному напряжению сети . Поэтому из формулы заключаем, что мощность, которая выделяется на таком элементе обратно пропорциональна его сопротивлению (ответ 3). Отметим, что из проведенного рассуждения следует, что выделяемая мощность будет очень большой (опасная в быту ситуация!) для малого сопротивления внешнего участка цепи, т.е. в случае короткого замыкания, которого, таким образом, необходимо избегать.

Если бы внутреннее сопротивление источника было бы много больше внешнего сопротивления, ток в цепи определялся бы, главным образом, внутренним сопротивлением источника, а от внешнего сопротивления зависел бы слабо. В этом случае мощность тока была бы прямо пропорциональна сопротивлению участка цепи.

Как обсуждалось в решении предыдущей задачи, сопротивление элемента, работающего в бытовой электросети равно , где — номинальная мощность данного элемента, — напряжение в сети. Поэтому отношение сопротивлений ламп мощностью Вт и Вт, рассчитанных на работу в одной и той же бытовой электрической сети (задача 21. 2.3) равно

(ответ 2).

Поскольку резисторы в задаче 21.2.4 соединены последовательно, то сила тока в них одинакова. Поэтому из закона Ома для участка цепи заключаем, что

(ответ 2).

При параллельном соединении ламп (задача 21.2.5) напряжение на них одинаково (см. введение к настоящей главе). Поэтому из закона Ома для участка цепи следует, что

(ответ 1).

Рассматриваемый в задаче 21.2.6 участок представляет собой два последовательных соединенных элемента, один из которых есть резистор 6 Ом, второй — два таких же резистора, соединенных параллельно. По правилам сложения сопротивлений находим эквивалентное сопротивление второго участка

а затем и эквивалентное сопротивление всей цепи

(ответ 3).

При разомкнутом ключе сопротивление участка цепи, данного в задаче 21.2.7, можно найти как в предыдущей задаче , где — сопротивление каждого резистора. Если ключ замкнут, то цепь сводится к одному резистору (т.к. параллельно двум резисторам включается проводник с пренебрежимо малым сопротивлением). Поэтому в этом случае сопротивление цепи равно . Таким образом, сопротивление второй цепи составляет две трети от сопротивления первой (ответ 1).

Как обсуждалось в решении задачи 21.2.2, сопротивление элемента номинальной мощности , работающего в бытовой электросети равна

где В — напряжение сети. Из этой формулы следует, что чем больше номинальная мощность элемента, тем меньше должно быть его сопротивление. Если две лампы накаливания включены последовательно (задача 21.2.8), то сила тока в них одинакова и отношение мощностей тока в этих лампах равно отношению их сопротивлений. Отсюда следует, что отношение реально выделяемых в лампах мощностей и обратно отношению номинальных мощностей этих ламп:

(ответ 2).

Работа, совершаемая электрическим полем в проводнике при протекании по нему электрического тока, превращается в энергию тока, которая затем превращается в тепловую энергию. Поэтому работу поля можно найти из закона Джоуля-Ленца. Для работы поля за время получаем . Из этой формулы находим сопротивление проводника в задаче 21.2.9

(ответ 1).

Поскольку при последовательном соединении резисторов ток через каждый из них одинаков, из закона Джоуля-Ленца (22.8) заключаем, что из двух сопротивлений и (задача 21.2.10; см. рисунок) наибольшей будет мощность тока на сопротивлении , из двух сопротивлений и — на сопротивлении . Сравним мощности тока на этих сопротивлениях. Учитывая, что при параллельном соединении элементов электрическое напряжение на каждом элементе одинаковое, а при последовательном — складываются значения сопротивлений, получим из законов Ома для верхнего и нижнего участков цепи и закона Джоуля-Ленца

где — электрическое напряжение, приложенное ко всей цепи. Поскольку то в представленной схеме наибольшая мощность будет выделяться на сопротивлении (ответ 2).

2.2.4 Закон Ома и почему мы заботимся о сопротивлении

2.2.4 Закон Ома и почему мы заботимся о сопротивлении

Устройство, известное нам как тостер, на удивление простое. Он состоит в основном из провода, по которому пропускается ток. Проволока нагревается, поджаривая хлеб. Вот и все!

а почему нагревается провод? Ответ в том, что провод имеет некоторое сопротивление. Когда ток проходит через материал с некоторым сопротивлением, материал нагревается. Это тепло в первую очередь является рассеянием некоторой части электроэнергии, проходящей через материал.Это рассеяние мощности в виде тепла называется «потерями» в электросети.

Сопротивление материала, через который проходит ток, помогает определить потери, но это не единственный фактор. Напряжение, при котором энергия проходит через материал, также имеет значение, как и величина тока.

Это соотношение четко резюмируется в законе Ома, который гласит, что напряжение равно произведению тока и сопротивления, или V = I × R.Закон Ома используется для определения величины напряжения, необходимого для перемещения заданного количества тока (I) через некоторый материал с заданным сопротивлением (R).

Между тем, вспомните наше определение мощности: P = I × V. По сути, это количество мощности, передаваемой в цепи, подобной той, что была в нашем последнем упражнении.

Мы можем включить закон Ома в наше определение мощности, чтобы получить:

P = I × V = I × (I × R) = I2 × R

Это уравнение описывает количество мощности, рассеиваемой в цепи.Он также описывает количество потерь. Таким образом, закон Ома говорит нам, что потери будут увеличиваться пропорционально квадрату тока. Таким образом, если мы сохраним постоянное напряжение и удвоим ток, потери увеличатся в четыре раза.

Чтобы понять важность этого, предположим, что мы пропускаем 1000 ампер тока через цепь с падением напряжения 100 В. Итак, у нас есть мощность 100 кВт. Потери в цепи будут пропорциональны I2 × R, или 10002 × R в этом случае.

Но, если бы нам нужно было 100 кВт мощности, мы могли бы сделать это по-другому, пропустив через цепь 100 А при напряжении 1000 В.Сопротивление в цепи не изменится, но потери в цепи теперь будут пропорциональны 100 2 × R.

Таким образом, увеличивая напряжение (и уменьшая ток) в 10 раз, мы уменьшили наши потери в 100 раз. Это объясняет причину того, что у нас есть сеть переменного тока вместо сети постоянного тока. Помните, что в технологии питания постоянного тока Эдисона напряжение на источнике должно быть близко к напряжению в точке потребления.Но с помощью технологии переменного тока, разработанной Tesla и Westinghouse, мощность могла генерироваться и передаваться при очень высоких напряжениях, а затем снижаться до более низких напряжений в точке потребления. Это имело два больших преимущества: во-первых, можно было существенно снизить потери при передаче, а во-вторых, для домов и предприятий было намного безопаснее использовать электроэнергию низкого напряжения, а не высокого напряжения.

Закон

Ома, мощность и энергия

Закон Ома, закон Джоуля и понимание мощности и энергии являются одними из самых фундаментальных и важных основ для понимания электричества и электроники.

Энергия – это способность объекта выполнять работу. Даже деревянный брусок на вашем столе обладает энергией. Он обладает кинетической энергией, поскольку он может работать при падении, и обладает химической энергией, поскольку он может выполнять работу по нагреванию, если вы его поджигаете. Энергия выражается в Джоулях. Когда вы позволяете энергии выполнять работу, такую ​​как высвобождение химической энергии, хранящейся в батарее, в резистор, эта работа выражается как мощность.

Мощность – это скорость выполнения работы. Один ватт, затрачиваемый за одну секунду, равен одному джоуля.Так, например, автомобилю требуется больше мощности для движения со скоростью 100 км / ч по сравнению с 50 км / ч. Если вы потратили электроэнергию в течение определенного периода времени или приобрели электричество с предоплатой для использования или у вас есть заряженная батарея определенного размера, у вас есть ватт-часы. Скажем, вы поместили 1000 Вт / ч в свой счетчик электроэнергии с предоплатой, вы можете использовать его, запустив нагреватель мощностью 1 кВт в течение 1 часа или лампу мощностью 100 Вт в течение 10 часов. Используется одинаковое количество энергии, но с разной скоростью, потому что тысяча (1000) ватт равна одному (1) кВт.

С другой стороны, Джоуль – это единица энергии, используемая Международным стандартом единиц (СИ). Он определяется как количество работы, совершаемой над телом силой в один Ньютон, которая перемещает тело на расстояние в один метр.

Закон Ома

с разрешения www.eade.uk.com

Этот мультфильм прекрасно резюмирует закон Ома. Здесь мистер Вольт пытается протолкнуть мистера Ампа через проводника, но мистер Ом делает все возможное, чтобы ограничить мистера Ампа. Проявив немного воображения, вы увидите, что чем сильнее (сильнее) г-н.Вольт напрягает, тем больше мистер Амп выдержит. С другой стороны, чем больше мистер Ом тянет за веревку (сопротивляется), тем меньше проходит мистер Амп. Эти трое живут в идеальном равновесии и пропорции друг другу. Правило, которое удерживает их в равновесии, – это закон Ома.

Говоря более формально, мы можем использовать треугольник выше. Выучите это наизусть, так как это простой способ запомнить все формулы. Просто укажите пальцем на единицу, которую вы хотите найти, и оставшиеся две – это то, с чем вы будете рассчитывать.Например, если вы хотите найти V, закройте V пальцем, и у вас останется I * R. Это означает, что V = I * R. Точно так же, если вы хотите найти I, прикройте I пальцем, и у вас останется V / R. Это означает, что I = V / R.

Обратите внимание, что мы используем I для Amp, а не A, потому что A повсеместно используется для обозначения площади.

Например, если у меня батарея 9 В и я подключаю к ней резистор 1 кОм, сколько тока будет проходить через нее?

Допустим, у меня батарея на 9 В, и я хочу зажечь светодиод.Вы не можете просто подключить батарею к светодиоду, так как он потребляет столько тока, сколько может обеспечить батарея, и перегорает. Нам нужно ограничить ток светодиода до безопасного значения. Во-первых, мне нужно знать, какое напряжение нужно светодиоду, а во-вторых, какой ток я допускаю в светодиод – обычно 20 мА. Напряжение, которое подает светодиод, довольно постоянное и зависит от цвета. Красный светодиод обычно составляет 2,3 В.

Итак, теперь у нас есть 9 В на одном конце и 2,3 В на другом конце R1, что означает, что нам нужно избавиться от 9-2.3 = 6,7 В. Это напряжение, которое мы увидим, если измерим на двух концах резистора R1, а ток через него составит 20 мА. Учитывая, что R = V / I = 6,7 / 20 * 10 -3 = 335 Ом. Это означает, что подойдет резистор 330 Ом.

Допустим, мы не знали ничего из вышеперечисленного, и мы просто взяли резистор 1 кОм и подключили его последовательно со светодиодом, затем мы взяли наш надежный мультиметр и измерили напряжение на светодиоде и обнаружили, что оно составляет 2,7 В. Это означает, что напряжение на резисторе должно быть 9-2.7 = 6,3 В. Итак, какой ток течет через светодиод? Снова используя формулу I = V / R, находим 6,3 / 1000 = 6,3 мА.

Теперь предположим, что у вас был очень длинный удлинитель, и вы включили обогреватель или большой прожектор, и вы знали, что ток в проводе составляет 15 А, а сопротивление провода – 1 Ом. Сколько напряжения вы потеряете по проводу? Используя формулу V = I * R, мы обнаруживаем, что вы теряете 15 * 1 = 15 В, что довольно много.

Закон мощности и Джоуля

Мощность – это термин, используемый для описания скорости выполнения работы или работы с течением времени.Это означает, что глобус мощностью 100 Вт работает намного горячее, чем глобус мощностью 1 Вт, и мы можем ощущать работу, выполняемую по выделяемому теплу. Мощность напрямую связана с силой Ома по закону Джоуля, который гласит, что тепло, выделяемое в сопротивлении, пропорционально квадрату тока, протекающего через него в течение заданного времени.

Мы можем выразить это как P = V * I, и поскольку V = I * R, мы получаем P = I * I * R или P = I 2 R.

Аналогично P = V 2 / R. Подобно закону Ома, это можно представить в виде треугольника:

Все эти термины являются именами людей, поэтому мы всегда используем заглавные буквы.Эти единицы могут быть очень большими и выражаться в кВ или МОм или очень маленькими, например мВ или мкА. Обратите внимание, что единицей измерения является мА, а не МА.

Энергия

Энергия определяется как «» свойство, которое должно быть передано объекту для выполнения работ или обогрева объекта. Энергия – это сохраняемая величина; закон сохранения энергии гласит, что энергия может быть преобразована в форму, но не может быть создана или уничтожена. Единица измерения энергии в системе СИ – это джоуль, который представляет собой энергию, передаваемую объекту в результате перемещения его на расстояние в один метр против силы в один ньютон ». А 1 Вт – это 1 Джоуль, потраченный за 1 секунду.

Другими словами, мощность – это скорость, с которой мы превращаем электрическую энергию в какой-то другой вид энергии, обычно тепло, но также может быть движение, как в двигателе. Когда вы разговариваете по мобильному телефону, вы преобразуете химическую энергию батареи в электромагнитную энергию для передачи голоса. Но изрядная часть энергии всегда преобразуется в тепло из-за дефектов в усилителе передатчика и других схемах.

Возвращаясь к нашему предыдущему примеру удлинительного шнура, допустим, мы не могли измерить ток в удлинительном проводе, но мы знали, что мощность нагревателя составляет 2 кВт, а это нагреватель 230 В.Теперь мы знаем, что P = V * I, поэтому я должен быть P / V, и поэтому 2000/230 = 8,7A. Если бы мы могли измерить напряжение в конце, скажем, 200 В. Тогда мы узнаем, что сопротивление кабеля будет V / I = (230–200) / 8,7 = 3,4 Ом.

Energy также сообщает нам о скорости выполнения работы. Если я куплю аккумулятор, который говорит о 200 мА / ч, он говорит мне, что я могу потреблять 200 мА в течение 1 часа или 20 мА в течение 19 часов. В моем доме у меня есть предоплата за электроэнергию, которую я покупаю в киловатт-часах. Если моя печь потребляет 4 кВт, а я купил 40 кВт, я мог бы печь печенье в течение 10 часов.

Хотя эти законы и расчеты могут показаться скучными, помните, что они жизненно важны для понимания и использования их в мире электроники.


Шпаргалка по закону Ома и закону Ватта

Закон

Ома устанавливает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Закон Ватта устанавливает взаимосвязь между мощностью, напряжением и током.

Калькулятор закона Ома и закона Ватта


Быстрый старт

  1. Введите любые два известных значения и нажмите Вычислить , чтобы найти оставшиеся значения.
  2. Щелкните желаемое значение и выберите Ctrl + C, чтобы скопировать в буфер обмена
  3. Нажимайте Сброс после каждого расчета.

Важные электрические свойства, о которых следует помнить

  • Электродвижущий потенциал : измеряется в вольтах, обозначается как V (или E)
  • Сила тока : измеряется в амперах, обозначается буквой I
  • Сопротивление : измеряется в Ом, обозначается буквой R (или греческой буквой ω)
  • Мощность : измеряется в ваттах, обозначается буквой W

Рекомендовано: Основные электрические термины и определения

Закон Ома

Закон

Ома устанавливает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением.Учитывая взаимосвязь между этими тремя элементами, если вы знаете любые два из них, можно вычислить третий.

В = ИК

I = В / R

R = В / I

  • Вольт = Ампер x Ом
  • Ампер = Вольт / Ом
  • Ом = Вольт / Ампер

Закон Ватта

Закон

Ватта также полезен для выяснения взаимосвязи между мощностью, напряжением и током.

Вт = VI

В = Вт / I

А = Вт / В

  • Ватт = Вольт x Ампер
  • Вольт = Ватт / Ампер
  • Ампер = Ватт / Вольт

Круговая диаграмма упрощенного закона Ома для использования в цепях переменного и постоянного тока. Фотография: Wikimedia

.

Комментарии

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы оставить комментарий.Калькулятор закона

Ом

Укажите любые 2 значения и нажмите «Рассчитать», чтобы получить другие значения в уравнениях закона Ома V = I × R и P = V × I.

Связано: счетчик резисторов

Закон Ома

Закон

Ома гласит, что ток через проводник между двумя точками прямо пропорционален напряжению. Это верно для многих материалов в широком диапазоне напряжений и токов, а сопротивление и проводимость электронных компонентов, изготовленных из этих материалов, остаются постоянными.Закон Ома верен для цепей, содержащих только резистивные элементы (без конденсаторов или катушек индуктивности), независимо от того, является ли управляющее напряжение или ток постоянным (DC) или изменяющимся во времени (AC). Его можно выразить с помощью ряда уравнений, обычно всех трех вместе, как показано ниже.

Где:

В – напряжение в вольтах
R – сопротивление в Ом
Я ток в амперах

Электроэнергетика

Мощность – это скорость, с которой электрическая энергия передается по электрической цепи в единицу времени, обычно выражается в ваттах в Международной системе единиц (СИ).Электроэнергия обычно вырабатывается электрическими генераторами и поставляется предприятиям и домам через электроэнергетику, но также может поставляться от электрических батарей или других источников.

В резистивных цепях закон Джоуля можно объединить с законом Ома для получения альтернативных выражений для количества рассеиваемой мощности, как показано ниже.

Где:

P – мощность в ваттах

Колесо формул закона Ома

Ниже приведено колесо формул для соотношений по закону Ома между P, I, V и R.По сути, это то, что делает калькулятор, и это просто представление алгебраической манипуляции с уравнениями выше. Чтобы использовать колесо, выберите переменную для поиска в середине колеса, затем используйте соотношение для двух известных переменных в поперечном сечении круга.

Калькулятор закона Ома

и электрические формулы

Используйте закон Ома для расчета напряжения, тока, сопротивления или мощности в электрической цепи. Введите любые два известных значения, чтобы найти два других.

Например, введите напряжение и мощность, чтобы найти ток и сопротивление.

Что такое закон Ома?

Закон Ома определяет соотношение между электрическим током, сопротивлением и напряжением. Более конкретно, в нем говорится, что ток через элемент схемы прямо пропорционален приложенной к нему разности потенциалов и обратно пропорционален сопротивлению . [1]

Закон Ома позволяет рассчитать напряжение, ток, мощность и сопротивление электрической цепи, если вы знаете хотя бы два других значения.

Например, если вы знаете напряжение и сопротивление, воспользуйтесь калькулятором выше, чтобы найти мощность и ток по закону Ома. Кроме того, вы можете использовать калькулятор для вычисления мощности и сопротивления, если вы знаете напряжение и ток.

Формула закона Ома

Формула закона Ома: I = E / R, где I – ток через проводник, измеренный в амперах, E – разность потенциалов на проводнике, измеренная в вольтах, а R – измеренное сопротивление проводника. в ом. [2]

I = ER

Формула утверждает, что ток I равен напряжению E , деленному на сопротивление R .

Треугольник закона Ома

Треугольник закона Ома показывает, как рассчитать напряжение, ток или сопротивление. Чтобы использовать его, накройте единицу, которую вы хотите вычислить, чтобы открыть формулу для ее решения.

Треугольник закона Ома, где E представляет напряжение, I представляет ток, а R представляет сопротивление.

Например, чтобы найти вольты, прикройте E большим пальцем, и это покажет, что напряжение равно I × R.

Что означают буквы в формуле закона Ома?

В формуле закона Ома E представляет электродвижущую силу или напряжение, I представляет силу или ток, а R представляет сопротивление.

Георг Симон Ом создал закон Ома в статье, опубликованной в 1827 году, [3] задолго до того, как были определены единицы измерения напряжения, тока и сопротивления.

Вольт, ампер и ом были определены только в 1881 году, спустя более 50 лет после того, как был опубликован закон Ома. Это объясняет, почему буквы не относятся к современным единицам, используемым в формуле.

Формула силы

Формула мощности гласит, что электрическая мощность, измеренная в ваттах, равна току в цепи, умноженному на напряжение. Эта формула очень похожа на закон Ома и может помочь найти мощность или мощность.

Мы часто используем формулу мощности в сочетании с законом Ома для определения электрических свойств, когда мощность цепи известна.

P = I × E

Таким образом, формула мощности утверждает, что мощность P равна току I, , умноженному на напряжение E . [4]

Треугольник силы

Треугольник мощности иллюстрирует формулу для определения ватт, вольт или ампер. Как и в случае с другим треугольником, накройте единицу измерения, которую вы хотите решить, чтобы открыть формулу для ее решения.

Например, чтобы найти усилители, прикройте I большим пальцем, чтобы увидеть, что ток равен P / E.

Формула мощности, где P представляет мощность, I представляет ток, а E представляет напряжение.

Наш калькулятор ватт в ампер использует эту формулу, например, для преобразования мощности в ток в электрических цепях.

Колесо закона Ома

Мы можем использовать закон Ома для расчета вольт, ватт, ампер или ом, если известны как минимум два измерения. Формула позволяет нам вывести уравнения для расчета любого измерения с учетом двух других известных значений.

Колесо закона Ома показывает все формулы, которые вы можете использовать для определения вольт, ватт, ампер или ом. См. Все производные формулы ниже.

Колесо закона Ома со всеми формулами, которые можно использовать для расчета вольт, ампер, ом или ватт.

Формулы напряжения

Найдите напряжение, используя следующие формулы:

Напряжение = ток × сопротивление

Напряжение = мощность ÷ ток

Напряжение = мощность × сопротивление

Формулы мощности

Найдите мощность, используя следующие формулы:

Мощность = Напряжение × Ток

Мощность = Напряжение 2 ÷ Сопротивление

Мощность = Ток 2 × Сопротивление

Текущие формулы

Решите для тока, используя эти формулы:

Ток = Напряжение ÷ Сопротивление

Ток = Мощность ÷ Напряжение

Ток = мощность ÷ сопротивление

Формулы сопротивления

Найдите сопротивление, используя следующие формулы:

Сопротивление = Напряжение ÷ Ток

Сопротивление = Напряжение 2 ÷ Мощность

Сопротивление = мощность ÷ ток 2

Мы используем закон Ома для многих вещей, таких как определение максимального размера микроволн или максимального количества осветительных приборов, с которыми цепь может безопасно обращаться, не создавая опасности возгорания.

Наш калькулятор затрат на освещение может помочь определить потребление энергии на освещение, а наш калькулятор затрат на электроэнергию поможет определить затраты на питание электрических устройств.

Используйте закон Ома, чтобы определить размер электрической цепи или выяснить, какой размер нагревателя можно безопасно использовать в обычной розетке. Вы также можете найти наш калькулятор падения напряжения, чтобы определить падение напряжения, необходимый минимальный размер провода и максимальную длину провода для вашего следующего электрического проекта.

Колесо закона

Ома: понимание колеса электрических формул

Последнее обновление: 20 января 2021 г., 21:03.

Как электрик, если есть одна вещь, в которой вам нужно иметь твердое представление, – это закон Ома. Эта простая формула позволяет исследовать взаимосвязь между тремя электрическими переменными: напряжением, током и сопротивлением.

Хорошо то, что это не ракетостроение. Если вы знаете, как умножать и делить, это будет прогулка в парке. Легкий способ понять закон Ома – использовать колесо закона Ом .

Как использовать колесо формул закона Ома

Я знаю, что вы думаете: « Это треугольник. ”Не беспокойтесь об этом, просто обратите внимание. Итак, вам нужно выяснить, сколько ампер потребляет цепь, а на нее нельзя поставить амперметр. Что вы делаете?

Просто разделите НАПРЯЖЕНИЕ на СОПРОТИВЛЕНИЕ цепи. Откуда ты это знаешь? Из-за формулы закона Ома колесо .

В колесе формул вы увидите три буквы, каждая из которых представляет собой значение.

E или V = НАПРЯЖЕНИЕ (вольт)

I = ТОК (амперы)

R = СОПРОТИВЛЕНИЕ (Ом)

Итак, если вам нужно найти напряжение, ток или сопротивление, просто поместите палец на то, что вы пытаетесь найти, а колесо формул сделает все остальное.

Колесо формулы закона Ома математически представлено тремя простыми уравнениями.

I (ток) x R (сопротивление) = E (напряжение)

E (напряжение) ÷ R (сопротивление) = I (ток)

E ( напряжение) ÷ I (ток) = R (сопротивление)

Закон Ома Примеры проблем


Найдите сопротивление цепи. Глядя на эту схему, мы знаем значения двух компонентов: напряжения (12 В) и сопротивления (3 Ом).Как мы находим ток?

Мы вставляем наши известные значения в колесо формул и вычисляем уравнение.

12 В ÷ 3 Ом = 4 А

Это действительно так просто. Вот мы попробуем другой. Найдите сопротивление в цепи со следующими значениями:

Напряжение = 120 В

Ток = 17 ампер

Теперь вставьте известные значения в наше колесо формулы и работайте с уравнением.

120 вольт ÷ 17 ампер = 7,05 Ом

Я говорил вам, что это просто. Это проще, чем установить сетевой фильтр на весь дом?

( ладно, может быть, не так просто. Но определенно проще, чем установить сетевой фильтр на холодильник (вы просто подключаете эту чертову штуку)! )

Принцип закона Ома – пропорциональный и обратно пропорциональный

закон, с которым вам необходимо ознакомиться.

, что электрический ток (I ), протекающий в цепи, пропорционален напряжению ) и обратно пропорционален сопротивлению (R) .

Это означает, что при увеличении напряжения ток будет увеличиваться на до тех пор, пока сопротивление не изменится на . Если сопротивление увеличивается, а напряжение остается прежним, то ток уменьшается.

Увеличение сопротивления

120 вольт ÷ 5 Ом = 60 ампер

120 вольт ÷ 10 Ом = 12 ампер

120 вольт ÷ 20 Ом = 6 ампер

Следовательно, если напряжение увеличится, ток будет увеличиваться при условии, что сопротивление цепи не изменится.

Повышение напряжения

120 В ÷ 25 Ом = 4,8 А

240 В ÷ 25 Ом = 9,6 А

480 В ÷ 25 Ом = 19,2 А

Как вы можете видеть, когда мы увеличиваем напряжение и оставьте сопротивление прежним, ток увеличился (прямо пропорционален напряжению).

Круговая диаграмма

закона Ома

Круговая диаграмма аналогична колесу формул напряжения, тока и сопротивления.Мощность измеряется в ваттах и ​​определяется как:

скорость, с которой выполняется работа, когда один ампер (А) тока проходит через разность электрических потенциалов в один вольт (В)

Колесо формул с законом Ома и PIE

Вот мы уже кое-что добились. Это колесо формул представляет собой комбинацию закона Ома и формулы ПИЕ.

Это выглядит сложнее, но на самом деле им легко пользоваться (вам может понадобиться калькулятор), и он работает так же, как и предыдущие диаграммы.

Колесо формул разделено на четыре секции , каждая секция имеет три формул . Если вам нужно найти вольты, вы должны использовать секцию E, ток – секцию I, сопротивление – секцию R и мощность – секцию P.

При использовании колеса формул вам необходимо выполнить следующие действия:

  1. Знайте, что вы пытаетесь найти: ток (I), напряжение (E), сопротивление (R) или мощность (P).
  2. Какие значения вы уже знаете (вам нужно два): ток (I), напряжение (E), сопротивление (R) или мощность (P)
  3. Найдите часть колеса формул, в которую подставляются ваши значения.
  4. Решите уравнение

При проведении расчетов вы должны использовать совместимые значения. Я имею в виду, что киломы должны быть преобразованы в омы, миллиамперы должны быть преобразованы в амперы.

Независимо от того, являетесь ли вы электриком-подмастерьем или электриком-подмастерьем, изучение закона Ома является важной частью работы электрика.

Полезные ссылки:

Понимание формул закона сопротивления переменного и постоянного тока Уравнения и формулы мощности


Понимание основ закона Ома – диаграммы переменного и постоянного тока….какая разница?


AC = Z (импеданс) и DC = R (сопротивление) Формулы закона Ома

Колесо силы закона Ома переменного тока и колесо силы закона Ома постоянного тока

(схемы, диаграмма, диаграмма, колесо, формулы, теория электроники)

Если вам нужно иметь дело с формулами напряжения, тока, сопротивления или импеданса и мощности, и вы хотите знать, в чем разница между тем, что мы называем формулами переменного и постоянного тока, вы можете найти эти колеса силы закона Ома. Форма с четырьмя квадрантами упрощает процесс поиска значений E, I, R или Z и P.Есть два колеса, одно для нашей диаграммы закона Ома постоянного тока (R – формулы сопротивления) и одна диаграмма закона Ома для нашего переменного тока (Z – формулы импеданса). Если вам интересен цвет на колесе, мы используем его в качестве удобного справочника для цветов полос резистора … мы включаем их в наши часы и часы с законом Ома. Пожалуйста, прочтите дополнительную информацию о том, как читать эту таблицу.

Два основных типа электричества – это переменный ток, известный как AC, и постоянный ток, известный как DC.Разница между системами переменного и постоянного тока заключается в том, как мощность передается по линиям. При переменном токе поток энергии меняет направление – фактически 60 раз в секунду, но при постоянном токе мощность будет двигаться только в одном направлении.


Переменный ток – Think Impedance

Силовые формулы закона Ома и закона Джоуля. Как правило, если вы МАСТЕР-электрик, специалист по устранению неполадок или инженер, вы можете предпочесть наши часы, часы, наклейки, диаграммы, брелки и т.продукты. Думайте расширенно – думайте об импедансе. Нужны формулы Z? Колесо питания переменного тока

Постоянный ток постоянного тока – Думайте о сопротивлении
Закон Ома и формулы мощности закона Джоуля. Как правило, если вы электрик, техник, подмастерье, ученик, студент или любитель, вы можете предпочесть этот продукт с колесом закона Ома. Подумайте о сопротивлении – нужны формулы R?
По мере того, как вы продвинетесь в своем обучении, вы, несомненно, найдете также полезными формулы переменного тока для импеданса (таблица выше).

ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ: Чтобы использовать диаграмму, в центральном круге выберите значение, которое необходимо найти; например, на диаграмме постоянного тока: I (амперы), R (Ом), E (вольты) или P (ватты). Затем выберите формулу, содержащую значения, которые вы знаете из соответствующего квадранта диаграммы.

Эти колеса силы закона Ома выше показывают нашу цветовую таблицу резисторов, которая поможет вам определить цвета резисторов … это уникальная концепция, и вы найдете ее полностью объясненной на нашей странице технических примечаний слева.Мы включаем эти диаграммы на все наши часы, наклейки, брелки, диаграммы и часы с законом Ома, поэтому не забудьте заглянуть на страницу «Наши продукты», прежде чем покинуть наш сайт. Спасибо!

Понятия (теория) напряжения, тока, сопротивления, импеданса и мощности необходимы для понимания основных электрических схем и спецификаций. Эти области должны быть полностью изучены, прежде чем можно будет понять внутренности даже самых простых электронных устройств, таких как дешевые мобильные телефоны. Как только эти концепции станут вам знакомы, вы обнаружите, что наладить правильное соединение между частями оборудования будет намного проще.Вы также сможете лучше разбираться в спецификациях производителя, что поможет вам принимать более обоснованные решения о покупке. Законы Ома – один из фундаментальных законов физики. Ток в цепи увеличивается при увеличении напряжения и уменьшается при увеличении сопротивления ИЛИ ток, протекающий в цепи, прямо пропорционален напряжению, приложенному к цепи, и обратно пропорционален сопротивлению цепи.

Теория закона Ома может быть сформулирована как математический инструмент, который имеет наибольшее применение при определении неизвестного фактора тока, напряжения или сопротивления в электрической цепи, в которой известны два других фактора.Следовательно, его можно использовать вместо амперметра, вольтметра или омметра – когда вы пытаетесь определить значение цепи, в котором вам уже известны два других значения.

Текущий ВСЕГДА выражается в АМПЕРАХ и обозначается буквой I

Напряжение ВСЕГДА выражается в ВОЛЬТАХ и обозначается буквой E или V

Сопротивление ВСЕГДА выражается в ОМ и обозначается буквой R

Существует два типа тока: постоянный и переменный.Постоянный ток (DC) равномерно течет в одном направлении через проводник; переменный ток (AC) изменяет направление в проводнике с различной частотой. Чтобы увидеть пример этого, перейдите на нашу страницу технических примечаний.

Практически во всех электрических цепях существует некоторое сопротивление протеканию тока. Противодействие постоянному току называется сопротивлением, которое измеряется в единицах, называемых омами, и представлено в электрических уравнениях буквой R.

Сопротивление переменному току называется импедансом, который также измеряется в омах, но в электрических уравнениях он представлен буквой Z.


Для получения формул последовательной цепи и формул параллельной цепи для закона Ома постоянного тока и закона Ома переменного тока перейдите по этой ссылке: ohmslaw2.asp На КАРТОЧКАХ ФОРМУЛ также показаны следующие формулы:
  • Полная мощность
  • Полная полная мощность трех фаз

  • Коэффициент мощности

  • Реактивное сопротивление

  • Передаточные числа трансформатора

  • Motor Sync.

  • Частота генератора

  • КПД любого устройства

  • Трехфазная звезда

  • 3-фазный треугольник

  • Значения синусоидальной волны

    ЗАКОННЫЕ ФОРМУЛЫ OHMS ДЛЯ AC

    Полная мощность обозначается буквами AP

    Импеданс обозначается буквой Z

    Total обозначается буквой T

    В общем, закон Ома не может применяться к цепям переменного тока, поскольку он не учитывает реактивное сопротивление, которое всегда присутствует в таких цепях.Однако, изменив закон Ома, который учитывает влияние реактивного сопротивления, мы получаем общий закон, применимый к цепям переменного тока. Поскольку полное сопротивление Z представляет собой совокупное противодействие всех реактивных сопротивлений и сопротивлений, этот общий закон для переменного тока:

    I =

    E

    Z

    Это общее изменение применяется к переменному току, протекающему в любой цепи, и любое из значений может быть найдено из уравнения, если другие известны.(Обратите внимание, что приведенная выше формула является только примером для упрощения. Пожалуйста, обратитесь к нашему колесу закона Ома выше – истинной формуле для импеданса. Обратите внимание на «Т», которые представляют собой сумму.)

    ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ: Каждая единица измерения названа в честь известного экспериментатора в области электричества:

  • Усилитель по мотивам француза Андре М. Ампера

  • Вольт по итальянскому Алессандро Вольт

  • Ом по немецкому Георгу Симону Ому

  • Ватт в честь шотландского изобретателя Джеймса Уоттса

    ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ:

Буква P означает мощность в ваттах.

Напряжение, измеренное в вольтах, обозначается буквами E (или V)

Электрический ток, измеряемый в амперах, обозначается буквой I

Электрическое сопротивление, измеренное в Ом, обозначается буквой R

Закон Ома: E = I R I = E / R R = E / I


ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ: Джеймс Прескотт Джоуль, а не Георг Саймон Ом, первым открыл математическую связь между рассеиваемой мощностью и током через сопротивление.Это открытие, опубликованное в 1841 году, по праву известно как закон Джоуля. Однако эти уравнения мощности настолько часто связаны с уравнениями закона Ома, связывающими напряжение, ток и сопротивление (E = IR; I = E / R; и R = E / I), что они часто приписываются Ому.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ: Законы Кирхгофа … n: (физика) два закона, управляющие электрическими сетями, в которых протекают установившиеся токи: сумма всех токов в точке равна нулю, а сумма прироста и падений напряжения в любой замкнутой цепи равно нулю.

ЗАКОН ОМА ДЛЯ КОНДЕНСАТОРА:

V C = I C X C где:

В C = напряжение на конденсаторе
I C = ток через конденсатор
X C = емкостное реактивное сопротивление


ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ:

Миллиампер X Килом = Вольт

Микроампер X Мегаом =

Вольт
«Один ампер, протекающий на один ом, вызывает падение потенциала на один вольт.”Георг Симон Ом

Пожалуйста, ознакомьтесь с нашими другими категориями, пока вы находитесь на нашем веб-сайте. Предлагаем товары в дополнение к контенту! Такие продукты, как часы закона Ома, часы, диаграммы, отличительные знаки и монеты закона Ома! Мы предлагаем другие подарки для электриков и инженеров, такие как наклейки на окна, забавные полноцветные наклейки, плакаты, кружки, украшения, поздравительные открытки и т. Д. Просто нажмите на любой из наших отделов подарков слева.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *