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

Еще раз популярно про закон Ома

Закон Ома

1. Дифференциальная форма записи закона Ома

Самый главный закон электротехники – это, конечно, закон Ома. О его существовании знают даже люди, не имеющие отношения к электротехнике. Но между тем вопрос «А знаешь ли ты закон Ома?» в технических ВУЗах является ловушкой для зарвавшихся и самонадеянных школяров. Товарищ, разумеется, отвечает, что закон Ома знает отлично, и тогда к нему обращаются с просьбой привести этот закон в дифференциальной форме. Тут-то и выясняется, что школяру или первокурснику еще учиться и учиться.

Однако дифференциальная форма записи закона Ома на практике почти неприменима. Она отражает зависимость между плотностью тока и напряженностью поля:

j=G*E,

где G – это проводимость цепи; Е – напряженность электрического тока.

Все это – попытки выразить электрический ток, принимая во внимание только физические свойства материала проводника, без учета его геометрических параметров (длина, диаметр и тому подобное). Дифференциальная форма записи закона Ома – это чистая теория, знание ее в быту совершенно не требуется.

2. Интегральная форма записи закона Ома для участка цепи

Иное дело – интегральная форма записи. Она тоже имеет несколько разновидностей. Самой популярной из них является закон Ома для участка цепи: I=U/R

Говоря по-другому, ток в участке цепи всегда тем выше, чем больше приложенное к этому участку напряжение и чем меньше сопротивление этого участка.

Вот этот «вид» закона Ома просто обязателен к запоминанию для всех, кому хоть иногда приходится иметь дело с электричеством. Благо, и зависимость-то совсем простая. Ведь напряжение в сети можно считать неизменным. Для розетки оно равно 220 вольт. Поэтому получается, что ток в цепи зависит только от сопротивления цепи, подключаемой к розетке. Отсюда простая мораль: за этим сопротивлением надо следить.

Короткие замыкания, которые у всех на слуху, случаются именно по причине низкого сопротивления внешней цепи. Предположим, что из-за неправильного соединения проводов в ответвительной коробке фазный и нулевой провода оказались напрямую соединены между собой. Тогда сопротивление участка цепи резко снизится практически до нуля, а ток так же резко возрастет до очень большой величины. Если электропроводка выполнена правильно, то сработает автоматический выключатель, а если его нет, или он неисправен или подобран неправильно, то провод не справится с возросшим током, нагреется, расплавится и, возможно, вызовет пожар.

Но бывает, что приборы, включенные в розетку и отработавшие уже далеко не один час, становятся причиной короткого замыкания. Типичный случай – вентилятор, обмотки двигателя которого подверглись перегреву из-за заклинивания лопастей. Изоляция обмоток двигателя не рассчитана на серьезный нагрев, она быстро приходит в негодность. В результате появляются межвитковые короткие замыкания, которые снижают сопротивление и, в соответствии с законом Ома, также ведут к увеличению тока.

Повышенный ток, в свою очередь, приводит изоляцию обмоток в полную негодность, и наступает уже не межвитковое, а самое настоящее, полноценное короткое замыкание. Ток идет помимо обмоток, сразу из фазного в нулевой провод. Правда, все сказанное может случиться только с совсем простым и дешевым вентилятором, не оборудованным тепловой защитой.

Закон Ома для переменного тока

Надо отметить, что приведенная запись закона Ома описывает участок цепи с постоянным напряжением. В сетях переменного напряжения существует дополнительное реактивное сопротивление, а полное сопротивление приобретает значение квадратного корня из суммы квадратов активного и реактивного сопротивления.

Закон Ома для участка цепи переменного тока принимает вид: I=U/Z,

где Z – полное сопротивление цепи.

Но большое реактивное сопротивление свойственно, прежде всего, мощным электрическим машинам и силовой преобразовательной технике. Внутреннее электрическое сопротивление бытовых приборов и светильников практически полностью является активным. Поэтому в быту для расчетов можно пользоваться самой простой формой записи закона Ома: I=U/R.

3. Интегральная форма записи для полной цепи

Раз есть форма записи закона для участка цепи, то существует и закон Ома для полной цепи: I=E/(r+R).

Здесь r – внутреннее сопротивление источника ЭДС сети, а R – полное сопротивление самой цепи.

За физической моделью для иллюстрации этого подвида закона Ома далеко ходить не надо – это бортовая электрическая сеть автомобиля, аккумулятор в которой является источником ЭДС. Нельзя считать, что сопротивление аккумулятора равно абсолютному нулю, поэтому даже при прямом замыкании между его клеммами (отсутствии сопротивления R) ток вырастет не до бесконечности, а просто до высокого значения. Однако этого высокого значения, конечно, хватит для того, чтобы вызвать расплавление проводов и возгорание обшивки авто. Поэтому электрические цепи автомобилей защищают от короткого замыкания при помощи предохранителей.

Такой защиты может оказаться недостаточно, если замыкание произойдет до блока предохранителей относительно аккумулятора, или если вовсе один из предохранителей заменен на кусок медной проволоки. Тогда спасение только в одном – необходимо как можно быстрее разорвать цепь полностью, откинув «массу», то есть минусовую клемму.

4. Интегральная форма записи закона Ома для участка цепи, содержащего источник ЭДС

Следует упомянуть и о том, что есть и еще одна разновидность закона Ома – для участка цепи, содержащего источник ЭДС:

I=(U+E)/(r+R)

или

I=(U-E)/(r+R)

Здесь U – это разность потенциалов в начале и в окончании рассматриваемого участка цепи. Знак перед величиной ЭДС зависит от направленности ее относительно напряжения. Воспользоваться законом Ома для участка цепи нередко приходится при определении параметров цепи, когда часть схемы недоступна для детального изучения и не интересует нас. Допустим, она скрыта неразъемными деталями корпуса. В оставшейся схеме имеется источник ЭДС и элементы с известным сопротивлением. Тогда, замерив напряжение на входе неизвестной части схемы, можно вычислить ток, а после этого – и сопротивление неизвестного элемента.

Выводы

Таким образом, мы можем увидеть, что «простой» закон Ома далеко не так прост, как кому-то, возможно, казалось. Зная все формы интегральной записи законов Ома, можно понять и легко запомнить многие требования электробезопасности, а также приобрести уверенность в обращении с электричеством.

Александр Молоков, http://electrik.info

Второй закон ома – Закон Ома для участка цепи и полной цепи формулы и определения

Второй закон ома определение

Второй закон ома определение

Закон ома для замкнутой цепи говорит о том что. Величина тока в замкнутой цепи, которая состоит из источника тока обладающего внутренним сопротивлением, а также внешним нагрузочным сопротивлением. Будет равна отношению электродвижущей силы источника к сумме внешнего и внутреннего сопротивлений.

Закон Ома 2

В сложных цепях встречаются соединения, которые нельзя отнести ни к последовательным, ни к параллельным. К таким соединениям относятся трехлучевая звезда и треугольник сопротивлений (рис. 1.3). Их взаимное эквивалентное преобразование во многих случаях позволяет упростить схему и свести ее к схеме смешанного (параллельного и последовательного) соединения сопротивлений. При этом необходимо определенным образом пересчитать сопротивления элементов звезды или треугольника.

Закон Ома

Появление смартфонов, гаджетов, бытовых приборов и прочей электротехники коренным образом изменило облик современного человека. Приложены огромные усилия, направленные на исследование физических закономерностей для улучшения старой и создания новой техники. Одной из таких зависимостей является закон Ома.

Закон Ома для «чайников»: понятие, формула, объяснение

Это как раз та штука, которая заставляет электроны двигаться. Электрический потенциал характеризует способность поля совершать работу по переносу заряда из одной точки в другую. Так, между двумя точками проводника существует разность потенциалов, и электрическое поле совершает работу по переносу заряда.

2 Закон ома определение

Кроме того, любой проводник, как показал Дж. Максвелл, при изменении силы тока в нём излучает энергию в окружающее пространство, и потому ЛЭП ведёт себя как антенна, что заставляет в ряде случаев наряду с омическими потерями брать в расчёт и потери на излучение.

Закон Ома для участка цепи

Расчеты, выполняемые с помощью закона Ома для участка цепи, будут правильны в том случае, когда напряжение выражено в вольтах, сопротивление в омах и ток в амперах. Если используются кратные единицы измерений этих величин (например, миллиампер, милливольт, мегаом и т. д.), то их следует перевести соответственно в амперы, вольты и омы. Чтобы подчеркнуть это, иногда формулу закона Ома для участка цепи пишут так:

Закон Ома для участка цепи

Резисторы являются пассивными элементами, которые оказывают сопротивление потоку электрического тока в цепи. Резистор, который функционирует в соответствии с законом Ома, называется омическим сопротивлением. Когда ток проходит через такой резистор, то падение напряжения на его выводах пропорционально величине сопротивления.

Закон Ома для участка цепи

Закон Ома для участка цепи — это основной закон в электротехнике. Он устанавливает связь между током, сопротивлением и напряжением. С его помощью можно изучить и рассчитать электрические цепи. Важно не просто выучить закон Ома, а понять его, как он применяется на самом деле. Так как довольно часто происходят ошибки в его применении на практике, из-за не правильного его использования.

Реферат: Закон Ома 2

В сложных цепях встречаются соединения, которые нельзя отнести ни к последовательным, ни к параллельным. К таким соединениям относятся трехлучевая звезда и треугольник сопротивлений (рис.1.3). Их взаимное эквивалентное преобразование во многих случаях позволяет упростить схему и свести ее к схеме смешанного (параллельного и последовательного) соединения сопротивлений. При этом необходимо определенным образом пересчитать сопротивления элементов звезды или треугольника.

Закон Ома

В 1826 величайший немецкий физик Георг Симон Ом публикует свою работу «Определение закона, по которому металлы проводят контактное электричество», где дает формулировку знаменитому закону.

Ученые того времени встретили враждебно публикации великого физика. И лишь после того, как другой ученый – Клод Пулье, пришел к тем же выводам опытным путем, закон Ома признали во всем мире.

Закон Ома

Коэффициент r называется сопротивлением, а g — проводимостью. Оба коэффициента определяются геометрическими размерами и физическими свойствами среды, по которой протекает электрический ток. В простейшем случае протекания тока по проводнику с постоянным сечением r= r l/s , где r , l и s — соответственно удельное электрическое сопротивление проводника, его длина и площадь поперечного сечения.

Закон Ома для участка цепи

Закон Ома для замкнутой цепи гласит, что значение силы тока, который протекает в электрической цепи, имеет обратно пропорциональную зависимость в отношении сопротивления нагрузки и прямую в отношении приложенного напряжения. Это краткая формулировка, но она полностью отображает суть закона.

Школьная Энциклопедия

Чтобы в электрической цепи существовал ток, необходимо наличие в ней устройства, которое создавало бы и поддерживало разность потенциалов на участках цепи за счёт сил неэлектрического происхождения. Такое устройство называется источником постоянного тока, а силы — сторонними силами.

Что такое закон Ома

Простейшим образом создать такое поле может обыкновенная батарейка. Если на конце проводника недостаток электронов, то он обозначается знаком «+», если избыток, то «-». Электроны, имеющие всегда отрицательный заряд, естественно, устремятся к плюсу. Так в проводнике рождается электрический ток, т. е. направленное перемещение электрических зарядов. Чтобы его увеличить, необходимо усилить электрическое поле в проводнике. Или, как говорят, приложить к концам проводника большее напряжение.

Решение задач по ТОЭ, ОТЦ, Высшей математике, Физике, Программированию

v. Напpимеp, в электpонных лампах закон Стокса для силы сопpотивления, действующей на электpон, не выполняется и ускоpение электpонов в электрическом поле нельзя считать pавным нулю. Во-втоpых, необходимо, чтобы плотность носителей тока n не зависела от напpяженности поля. Напpимеp, в коpонном pазpяде пеpвое условие выполняется, но не выполняется втоpое.

В этом pазpяде ток пеpеносится ионами, котоpые обpазуются в непосpедственной близости к остpию коpониpующего электpода и движутся затем чеpез весь пpомежуток. Их плотность в этом пpомежутке существенно зависит от напpяженности поля.

russianjurist.ru

Где и когда можно применять закон Ома?

Закон Ома в упомянутой форме справедлив в достаточно широких пределах для металлов. Он выполняется до тех пор, пока металл не начнет плавиться. Менее широкий диапазон применения у растворов (расплавов) электролитов и в сильно ионизированных газах (плазме).

Работая с электрическими схемами, иногда требуется определять падение напряжения на определенном элементе. Если это будет резистор с известной величиной сопротивления (она проставляется на корпусе), а также известен проходящий через него ток, узнать напряжение можно с помощью формулы Ома, не подключая вольтметр.

Значение закона Ома

Применяя основной закон электрической цепи (закон Ома), можно объяснить многие природные явления, которые на первый взгляд кажутся загадочными и парадоксальными. Например, всем известно, что любой контакт человека с электрическими проводами, находящимися под напряжением, является смертельно опасным. Всего лишь одно прикосновение к оборвавшемуся проводу высоковольтной линии способно убить электрическим током человека или животное. Но в то же время, мы постоянно видим, как птицы спокойно усаживаются на высоковольтные провода электропередач, и ничто не угрожает жизни этих живых существ. Тогда как же найти объяснение такому парадоксу?

А объясняется подобное явление довольно просто, если представить, что находящаяся на электрическом проводе птица – это один из участков электрической сети, сопротивление второго значительно превышает сопротивление другого участка той же цепи (то есть небольшого промежутка между лапками птицы). Следовательно, сила электрического тока, воздействующая на первый участок цепи, то есть на тело птицы, будет совершенно безопасной для неё.

Однако полная безопасность гарантирована ей только при соприкосновении с участком высоковольтного провода. Но стоит только птице, усевшейся на линию электропередач, задеть крылом или клювом провод или какой-либо предмет, находящийся вблизи от провода (например, телеграфный столб), то птица неминуемо погибнет. Ведь столб непосредственно связан с землёй, и поток электрических зарядов, переходя на тело птицы, способен мгновенно убить её, стремительно двигаясь по направлению к земле. К сожалению, по этой причине в городах гибнет немало птиц.

Для защиты пернатых от губительного воздействия электричества зарубежными учеными были разработаны специальные устройства – насесты для птиц, изолированные от электрического тока. Такие приспособления размещали на высоковольтных линиях электропередач. Птицы, усаживаясь на изолированный насест, могут без всякого риска для жизни прикасаться клювом, крыльями или хвостом к проводам, столбам или кронштейнам.

Наибольшим сопротивлением обладает поверхность верхнего, так называемого рогового слоя кожи человека. Сопротивление сухой и неповреждённой кожи может достигать 40 000 – 100 000 Ом. Роговой слой кожи очень незначителен, всего 0,05 – 0,2 мм. и легко пробивается напряжением 250 В. При этом сопротивление уменьшается в сто раз и падает тем скорее, чем дольше действует на тело человека ток. 
Резко, до 800 – 1000 Ом, уменьшают сопротивление тела человека повышенная потливость кожного покрова, переутомление, нервное возбуждение, опьянение. Этим объясняется, что порой даже небольшое напряжение может вызвать поражение электрическим током. Если, например, сопротивление тела человека равно 700 Ом, то опасным будет напряжение всего в 35 В. Именно поэтому, например, специалисты-электрики даже при работе с напряжением 36 В применяют изолирующие защитные средства – резиновые перчатки или инструмент с изолированными ручками.

Закон ома – формулировка простыми словами, определение,

Сопротивление

Представьте, что есть труба, в которую затолкали камни. Вода, которая протекает по этой трубе, станет течь медленнее, потому что у нее появилось сопротивление. Точно также будет происходить с электрическим током.

  • Сопротивление — физическая величина, которая показывает способность проводника пропускать электрический ток. Чем выше сопротивление, тем ниже эта способность.

Теперь сделаем «каменный участок» длиннее, то есть добавим еще камней. Воде будет еще сложнее течь.

Сделаем трубу шире, оставив количество камней тем же — воде полегчает, поток увеличится.

Теперь заменим шероховатые камни, которые мы набрали на стройке, на гладкие камушки из моря. Через них проходить тоже легче, а значит сопротивление уменьшается.

Электрический ток реагирует на эти параметры аналогичным образом: при удлинении проводника сопротивление увеличивается, при увеличении поперечного сечения (ширины) проводника сопротивление уменьшается, а если заменить материал — изменится в зависимости от материала. 2.

Знайте!

СИ — международная система единиц. «Перевести в СИ» означает перевод всех величин в метры, килограммы, секунды и другие единицы измерения без приставок. Исключение составляет килограмм с приставкой «кило».

  • Удельное сопротивление проводника — это физическая величина, которая показывает способность материала пропускать электрический ток. Это табличная величина, она зависит только от материала.

Таблица удельных сопротивлений различных материалов

Удельное сопротивление

ρ, Ом*мм2/м

Удельное сопротивление

ρ, Ом*мм2/м

Алюминий

0,028

Бронза

0,095 – 0,1

Висмут

1,2

Вольфрам

0,05

Железо

0,1

Золото

0,023

Иридий

0,0474

Константан ( сплав Ni-Cu + Mn)

0,5

Латунь

0,025 – 0,108

Магний

0,045

Манганин (сплав меди марганца и никеля – приборный)

0,43 – 0,51

Медь

0,0175

Молибден

0,059

Нейзильбер (сплав меди цинка и никеля)

0,2

Натрий

0,047

Никелин ( сплав меди и никеля)

0,42

Никель

0,087

Нихром ( сплав никеля хрома железы и марганца)

1,05 – 1,4

Олово

0,12

Платина

0. 107

Ртуть

0,94

Свинец

0,22

Серебро

0,015

Сталь

0,103 – 0,137

Титан

0,6

Хромаль

1,3 – 1,5

Цинк

0,054

Чугун

0,5-1,0

Резистор

Все реальные проводники имеют сопротивление, но его стараются сделать незначительным. В задачах вообще используют словосочетание «идеальный проводник», а значит лишают его сопротивления.

Из-за того, что проводник у нас «кругом-бегом-такой-идеальный», чаще всего за сопротивление в цепи отвечает резистор. Это устройство, которое нагружает цепь сопротивлением.

Вот так резистор изображается на схемах:


В школьном курсе физики используют Европейское обозначение, поэтому запоминаем только его. Американское обозначение можно встретить, например, в программе Micro-Cap, в которой инженеры моделируют схемы.

Вот так резистор выглядит в естественной среде обитания:


Полосочки на нем показывают его сопротивление.

На сайте компании Ekits, которая занимается продажей электронных модулей, можно выбрать цвет резистора и узнать значение его сопротивления:


Источник: сайт компании Ekits

О том, зачем дополнительно нагружать сопротивлением цепь, мы поговорим в этой же статье чуть позже.

Реостат

Есть такие выключатели, которые крутишь, а они делают свет ярче-тусклее. В такой выключатель спрятан резистор с переменным сопротивлением — реостат. 2/м]

Закон Ома для участка цепи

С камушками в трубе все понятно, но не только же от них зависит сила, с которой поток воды идет по трубе — от насоса, которым мы эту воду качаем, тоже зависит. Чем сильнее качаем, тем больше течение. В электрической цепи функцию насоса выполняет источник тока.

Например, источником может быть гальванический элемент (привычная батарейка). Батарейка работает на основе химических реакций внутри нее. Эти реакции выделяют энергию, которая потом передается электрической цепи.

У любого источника обязательно есть полюса — «плюс» и «минус». Полюса — это его крайние положения, по сути клеммы, к которым присоединяется электрическая цепь. Собственно, ток как раз течет от «+» к «-».


У нас уже есть две величины, от которых зависит электрический ток в цепи — напряжение и сопротивление. Кажется, пора объединять их в закон.

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Математически его можно описать вот так:

Закон Ома для участка цепи

I = U/R

I — сила тока [A]

U — напряжение [В]

R — сопротивление [Ом]

Напряжение измеряется в Вольтах и показывает разницу между двумя точками цепи: от этой разницы зависит, насколько сильно будет течь ток — чем больше разница, тем выше напряжение и ток будет течь сильнее.

Сила тока измеряется в Амперах, а подробнее о ней вы можете прочитать в нашей статье 😇

Давайте решим несколько задач на Закон Ома для участка цепи.

Задача раз

Найти силу тока в лампочке накаливания, если торшер включили в сеть напряжением 220 В, а сопротивление нити накаливания равно 880 Ом. 2/м

Обратимся к таблице удельных сопротивлений материалов, чтобы выяснить, из какого материала сделана эта нить накаливания.

Таблица удельных сопротивлений различных материалов

Удельное сопротивление

ρ, Ом*мм2/м

Удельное сопротивление

ρ, Ом*мм2/м

Алюминий

0,028

Бронза

0,095 – 0,1

Висмут

1,2

Вольфрам

0,05

Железо

0,1

Золото

0,023

Иридий

0,0474

Константан ( сплав Ni-Cu + Mn)

0,5

Латунь

0,025 – 0,108

Магний

0,045

Манганин (сплав меди марганца и никеля – приборный)

0,43 – 0,51

Медь

0,0175

Молибден

0,059

Нейзильбер (сплав меди цинка и никеля)

0,2

Натрий

0,047

Никелин ( сплав меди и никеля)

0,42

Никель

0,087

Нихром ( сплав никеля хрома железы и марганца)

1,05 – 1,4

Олово

0,12

Платина

0. 107

Ртуть

0,94

Свинец

0,22

Серебро

0,015

Сталь

0,103 – 0,137

Титан

0,6

Хромаль

1,3 – 1,5

Цинк

0,054

Чугун

0,5-1,0

Ответ: нить накаливания сделана из константана.

Закон Ома для полной цепи

Мы разобрались с законом Ома для участка цепи. А теперь давайте узнаем, что происходит, если цепь полная: у нее есть источник, проводники, резисторы и другие элементы.

В таком случае вводится Закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению.

Так, стоп. Слишком много незнакомых слов — разбираемся по-порядку.

Что такое ЭДС и откуда она берется

ЭДС расшифровывается, как электродвижущая сила. Обозначается греческой буквой ε и измеряется, как и напряжение, в Вольтах.

  • ЭДС — это сила, которая движет заряженные частицы в цепи. Она берется из источника тока. Например, из батарейки.

Химическая реакция внутри гальванического элемента (это синоним батарейки) происходит с выделением энергии в электрическую цепь. Именно эта энергия заставляет частицы двигаться по проводнику.

Зачастую напряжение и ЭДС приравнивают и говорят, что это одно и то же. Формально, это не так, но при решении задач чаще всего и правда нет разницы, так как эти величины обе измеряются в Вольтах и определяют очень похожие по сути своей процессы.

В виде формулы Закон Ома для полной цепи будет выглядеть следующим образом:

Закон Ома для полной цепи

I = ε/(R + r)

I — сила тока [A]

ε — ЭДС [В]

R — сопротивление [Ом]

r — внутреннее сопротивление источника [Ом]

Любой источник не идеален. В задачах это возможно («источник считать идеальным», вот эти вот фразочки), но в реальной жизни — точно нет. В связи с этим у источника есть внутреннее сопротивление, которое мешает протеканию тока.

Решим задачу на полную цепь.

Задачка

Найти силу тока в полной цепи, состоящей из одного резистора сопротивлением 3 Ом и источником с ЭДС равной 4 В и внутренним сопротивлением 1 Ом

Решение:

Возьмем закон Ома для полной цепи:

I = ε/(R + r)

Подставим значения:

I = 4/(3+1) = 1 A

Ответ: сила тока в цепи равна 1 А.

Когда «сопротивление бесполезно»

Электрический ток — умный и хитрый парень. Если у него есть возможность обойти резистор и пойти по идеальному проводнику без сопротивления, он это сделает. При этом с резисторами просто разных номиналов это не сработает: он не пойдет просто через меньшее сопротивление, а распределится согласно закону Ома — больше тока пойдет туда, где сопротивление меньше, и наоборот.

А вот на рисунке ниже сопротивление цепи равно нулю, потому что ток через резистор не пойдет.


Ток идет по пути наименьшего сопротивления.

Теперь давайте посмотрим на закон Ома для участка цепи еще раз.

Закон Ома для участка цепи

I = U/R

I — сила тока [A]

U — напряжение [В]

R — сопротивление [Ом]

Подставим сопротивление, равное 0. Получается, что знаменатель равен нулю, а на математике говорят, что на ноль делить нельзя. Но мы вам раскроем страшную тайну, только не говорите математикам: на ноль делить можно. Если совсем упрощать такое сложное вычисление (а именно потому что оно сложное, мы всегда говорим, что его нельзя производить), то получится бесконечность.

То есть:

I = U/0 = ∞

Такой случай называют коротким замыканием — когда величина силы тока настолько велика, что можно устремить ее к бесконечности. В таких ситуациях мы видим искру, бурю, безумие — и все ломается.

Это происходит, потому что две точки цепи имеют между собой напряжение (то есть между ними есть разница). Это как если вдоль реки неожиданно появляется водопад. Из-за этой разницы возникает искра, которую можно избежать, поставив в цепь резистор.

Именно во избежание коротких замыканий нужно дополнительное сопротивление в цепи.

Параллельное и последовательное соединение

Все это время речь шла о цепях с одним резистором. Рассмотрим, что происходит, если их больше.


Последовательное соединение

Параллельное соединение

Схема

Резисторы следуют друг за другом

Между резисторами есть два узла

Узел — это соединение трех и более проводников

Сила тока

Сила тока одинакова на всех резисторах

I = I1 = I2

Сила тока, входящего в узел, равна сумме сил токов, выходящих из него

I = I1 + I2

Напряжение

Общее напряжение цепи складывается из напряжений на каждом резисторе

U = U1 + U2

Напряжение одинаково на всех резисторах

U = U1 = U2

Сопротивление

Общее сопротивление цепи складывается из сопротивлений каждого резистора

R = R1 + R2

Общее сопротивление для бесконечного количества параллельно соединенных резисторов

1/R = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn

Общее сопротивление для двух параллельно соединенных резисторов

R = (R1 * R2)/R1 + R2

Общее сопротивление бесконечного количества параллельно соединенных одинаковых резисторов

R = R1/n

Зачем нужны эти соединения, если можно сразу взять резистор нужного номинала?

Начнем с того, что все электронные компоненты изготавливаются по ГОСТу. То есть есть определенные значения резисторов, от которых нельзя отойти при производстве. Это значит, что не всегда есть резистор нужного номинала и его нужно соорудить из других резисторов.

Параллельное соединение также используют, как «запасной аэродром»: когда на конечный результат общее сопротивление сильно не повлияет, но в случае отказа одного из резисторов, будет работать другой.

Признаемся честно: схемы, которые обычно дают в задачах (миллион параллельно соединенных резисторов, к ним еще последовательный, а к этому последовательному еще миллион параллельных) — в жизни не встречаются. Но навык расчета таких схем впоследствии упрощает подсчет схем реальных, потому что так вы невооруженным глазом отличаете последовательное соединение от параллельного.

Решим несколько задач на последовательное и параллельное соединение.

Задачка раз

Найти общее сопротивление цепи.

R1 = 1 Ом, R2 = 2 Ом, R3 = 3 Ом, R4 = 4 Ом.


Решение:

Общее сопротивление при последовательном соединении рассчитывается по формуле:

R = R1 + R2 + R3 + R4 = 1 + 2 + 3 + 4 = 10 Ом

Ответ: общее сопротивление цепи равно 10 Ом

Задачка два

Найти общее сопротивление цепи.

R1 = 4 Ом, R2 = 2 Ом


Решение:

Общее сопротивление при параллельном соединении рассчитывается по формуле:

R = (R1 * R2)/R1 + R2 = 4*2/4+2 = 4/3 = 1 ⅓ Ом

Ответ: общее сопротивление цепи равно 1 ⅓ Ом

Задачка три

Найти общее сопротивление цепи, состоящей из резистора и двух ламп.

R1 = 1 Ом, R2 = 2 Ом, R3 = 3 Ом


Решение:

Сначала обозначим, что лампы с точки зрения элемента электрической цепи не отличаются от резисторов. То есть у них тоже есть сопротивление, и они также влияют на цепь.

В данном случае соединение является смешанным. Лампы соеденены параллельно, а последовательно к ним подключен резистор.

Сначала посчитаем общее сопротивление для ламп. Общее сопротивление при параллельном соединении рассчитывается по формуле:

Rламп = (R2 * R3)/R2 + R3 = 2*3/2+3 = 6/5 = 1,2 Ом

Общее сопротивление при последовательном соединении рассчитывается по формуле:

R = R1 + Rламп = 1 + 1,2 = 2,2 Ом

Ответ: общее сопротивление цепи равно 2,2 Ом.

Наконец-то, последняя и самая сложная задача! В ней собрали все самое серьезное из этой статьи 💪.

Задачка четыре со звездочкой

К аккумулятору с ЭДС 12 В, подключена лампочка и два параллельно соединенных резистора сопротивлением каждый по 10 Ом. Известно, что ток в цепи 0,5 А, а сопротивление лампочки R/2. 2)/2R = R/2 = 10/2 = 5 Ом

И общее сопротивление цепи равно:

R = Rлампы + Rрезисторов = 5 + 5 = 10 Ом

Выразим внутреннее сопротивление источника из закона Ома для полной цепи.

I = ε/(R + r)

R + r = ε/I

r = ε/I — R

Подставим значения:

r = 12/0,5 — 10 = 14 Ом

Ответ: внутреннее сопротивление источника равно 14 Ом.

формулировка простыми словами, формула для первого, второго и третьего

Есть такие формулы и законы, которые люди узнают еще в школе, а помнят всю жизнь. Обычно это несложные уравнения, состоящие из двух-трех физических величин и объясняющие какие-то фундаментальные вещи в науке, основу основ. Закон Ома как раз такая штука.

Закон Ома: кто придумал, определение

Закон Ома — это основной закон электродинамики, который выводит взаимосвязь между ключевыми понятиями электрической цепи: силой тока, напряжением и сопротивлением.

Данную взаимозависимость выявил немецкий физик Георг Симон Ом в 1826 году. Несмотря на то, что этот закон является истинным законом природы, точность которого была многократно проверена и доказана позже, публикация работы Ома в 1827 году прошла незамеченной для научной общественности. И лишь в 1830-х гг., когда французский физик Пулье пришел к тем же самым выводам, что и Ом, работа немецкого ученого была оценена по достоинству.

Установление закономерностей между основными параметрами электроцепи имеет огромное значение для науки. Ведь оно позволило количественно измерить свойства электрического тока.

Источник: rusenergetics.ru

Формулировки и основные формулы

Закон Георга Ома формулируется так: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению в проводнике и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника.

Пояснения к закону:

  1. Чем выше напряжение в проводнике, тем выше будет и сила тока в этом проводнике.
  2. Чем выше сопротивление проводника, тем меньше будет сила тока в нем.

Обозначение основных параметров, характеризующих электроцепь, известны всем с уроков физики в школе:

  • I — сила электротока;
  • U — напряжение;
  • R — сопротивление.

Объяснение закона Ома в классической теории

Формула закона, известная всем со школьных лет, выглядит так:

\(I=\frac UR\)

Из нее легко выводятся формулы для определения \(U\):

\(U\;=I\times R\)

и для определения \(R\):

\(R=\frac UI\)

Единицами измерения силы тока являются амперы, напряжения — вольты, сопротивление измеряется в омах.

Данный закон верен для линейного участка цепи, на котором зафиксировано стабильное сопротивление.

Источник: dzgo.ru

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи

Замкнутой или полной называется такая электрическая цепь, по которой проходит электроток.

Описание формулы этого закона для полной цепи выглядит так:

\(I=\frac\epsilon{R+r}\)

где \(\epsilon\) — это электродвижущая сила или напряжение источника питания, которое не зависит от внешней цепи;

\(R\) — сопротивление внешней цепи;

\(r\) — внутреннее сопротивление источника.

Источник: multiurok.ru

Использование закона Ома при параллельном и последовательном соединении

При последовательном соединении элементы цепи подключаются друг за другом последовательно. Так как такая электрическая цепь является неразветвленной, сила тока на каждом ее участке будет одинаковая. Пример последовательного соединения — лампочки в новогодней гирлянде.

При последовательном соединении элементов основные параметры электроцепи рассчитываются следующим образом:

  • Сила тока по формуле: 

\(I=I_1=I_2=I_3\)

Где \(I\) — общая сила тока в электроцепи, \(I_1\) — сила тока первого участка, \(I_2\) — сила тока второго участка, \(I_3\) — сила тока третьего участка.

  • Напряжение по формуле:

\(U=U_1+U_2+U_3\)

Где \(U\) — общее напряжение, \(U_1\) — напряжение первого участка, \(U_2\) — напряжение второго участка, \(U_3\) — напряжение третьего участка.

  •  Сопротивление согласно формуле:

\(R=R_1+R_2+R_3\)

Где \(R\) — общее сопротивление в цепи, \(R_1\) — сопротивление первого участка, \(R_2\) — сопротивление второго участка, \(R_3\) — сопротивление третьего участка.

Подключая элементы в цепь параллельно, получают разветвленную электрическую цепь. Примером такого соединения является стандартная разводка электричества по квартире, когда в комнате одновременно можно включить несколько предметов бытовой техники и верхнее освещение.

При параллельном соединении элементов основные параметры электроцепи рассчитываются следующим образом:

\(I=I_1+I_2+I_3\)

Где \(I\) — общая сила тока в электроцепи, \(I_1, I_2, I_3\) — сила тока первого, второго и третьего участков соответственно.

\(U=U_1=U_2+U_3\)

Где \(U\) — общее напряжение, \(U_1, U_2, U_3\) — напряжение первого, второго и третьего участков соответственно.

  • Сопротивление:

\(R=\frac{R_1\times R_2\times R_3}{R_1+R_2+R_3}\)

Где \(R\) — общее сопротивление в цепи, \(R_1, R_2, R_3\) — сопротивление первого, второго и третьего участков соответственно.

Закон Ома для переменного и постоянного тока

Для цепи постоянного тока правильными будут уже озвученные нами взаимосвязи основных параметров электроцепи:

Источник: en.ppt-online.org

При подключении к электроцепи источника переменного тока, сила электротока в цепи будет определяться по формуле:

\(I=\frac UZ\)

где \(Z\) — полное сопротивление или импеданс, который состоит из активной \((R)\) и реактивных составляющих (\(X_C\) — сопротивление емкости и \(X_L\) — сопротивление индуктивности).

Реактивное сопротивление цепи зависит:

  • от значений реактивных элементов, 
  • от частоты электротока;
  • от формы тока в цепи.  
 

Источник: fizikaotfizika.ru

Закон Ома для однородного и неоднородного участка цепи

Закон Ома для однородного участка электроцепи представляет собой классическое выражение зависимости силы от напряжения и сопротивления:

\(I=\frac UR\)

В этом случае основной характеристикой проводника является сопротивление. От внешнего вида проводника зависит, как выглядит его кристаллическая решетка и какое количество атомов примесей содержит. От проводника зависит поведение электронов, которые могут ускоряться или замедляться.

Поэтому \(R\) зависит от вида проводника, точнее, от его сечения, длины и материала и определяется по формуле:

\(R=p\times\left(\frac lS\right)\)

где \(p\) — удельное сопротивление, \( l\) — это длина проводника, а \(S\) — площадь его сечения.

Под неоднородным участком цепи постоянного тока подразумевается такой промежуток цепи, на который помимо электрических зарядов воздействуют другие силы.

Источник: grabachapter.com

Как можно было убедиться, закон, открытый Георгом Омом, прост только на первый взгляд. Разобраться во всех тонкостях самостоятельно под силу далеко не каждому. Если столкнулись с трудностями в учебе и сложными для понимания темами, обращайтесь за помощью к образовательному ресурсу Феникс.Хелп. Квалифицированные эксперты помогут сдать в срок самую сложную работу.

Законы Ома и Кирхгофа, теория и примеры

Закон Ома является основным законом, который используют при расчетах цепей постоянного тока. Он является фундаментальным и может применяться для любых физических систем, где есть потоки частиц и поля, преодолевается сопротивление.

Законы или правила Кирхгофа являются приложением к закону Ома, используемым для расчета сложных электрических цепей постоянного тока.

Закон Ома

Обобщенный закон Ома для неоднородного участка цепи (участка цепи, содержащего источник ЭДС) имеет вид:

   

– разность потенциалов на концах участка цепи; – ЭДС источника на рассматриваемом участке цепи; R – внешнее сопротивление цепи; r – внутреннее сопротивление источника ЭДС. Если цепь разомкнута, значит, тока в ней нет (), то из (2) получим:

   

ЭДС, действующая в незамкнутой цепи, равна разности потенциалов на ее концах. Получается, для нахождения ЭДС источника следует измерить разность потенциалов на его клеммах при незамкнутой цепи.

Закон Ома для замкнутой цепи записывают как:

   

Величину иногда называют полным сопротивлением цепи. Формула (2) показывает, что электродвижущая сила источника тока, деленная на полное сопротивление равна силе тока в цепи.

Закон Кирхгофа

Пусть имеется произвольная разветвленная сеть проводников. В отдельных участках включены разнообразные источники тока. ЭДС источников постоянны и будем считать известными. При этом токи во всех участках цепи и разности потенциалов на них можно вычислить при помощи закона Ома и закона сохранения заряда.

Для упрощения решения задач по расчетам разветвлённых электрических цепей, имеющих несколько замкнутых контуров, несколько источников ЭДС, используют законы (или правила) Кирхгофа. Правила Кирхгофа служат для того, чтобы составить систему уравнений, из которой находят силы тока в элементах сложной разветвленной цепи.

Первый закон Кирхгофа

Сумма токов в узле цепи с учетом их знаков равна нулю:

   

Первое правило Кирхгофа является следствием закона сохранения электрического заряда. Алгебраическая сумма токов, сходящихся в любом узле цепи – это заряд, который приходит в узел за единицу времени.

При составлении уравнение используя законы Кирхгофа важно учитывать знаки с которыми силы токов входят в эти уравнения. Следует считать, что токи, идущие к точке разветвления, и исходящие от разветвления имеют противоположные знаки. При этом нужно для себя определить какое направление (к узлу или от узла) считать положительным.

Второй закон Кирхгофа

Произведение алгебраической величины силы тока (I) на сумму вешних и внутренних сопротивлений всех участков замкнутого контура равно сумме алгебраических значений сторонних ЭДС () рассматриваемого контура:

   

Каждое произведение определяет разность потенциалов, которая существовала бы между концами соответствующего участка, если бы ЭДС в нем была равно нулю. Величину называют падением напряжения, которое вызывается током.

Второй закон Кирхгофа иногда формулируют следующим образом:

Для замкнутого контура сумма падений напряжения есть сума ЭДС в рассматриваемом контуре.

Второе правило (закон) Кирхгофа является следствием обобщенного закона Ома. Так, если в изолированной замкнутой цепи есть один источник ЭДС, то сила тока в цепи будет такой, что сумма падения напряжения на внешнем сопротивлении и внутреннем сопротивлении источника будет равна сторонней ЭДС источника. Если источников ЭДС несколько, то берут их алгебраическую сумму. Знак ЭДС выбирается положительным, если при движении по контуру в положительном направлении первым встречается отрицательный полюс источника. (За положительное направление обхода контура принимают направление обхода цепи либо по часовой стрелке, либо против нее).

Примеры решения задач

Закон Ома 1 курс (СПО)

Урок по физике в 10классе по теме «Закон Ома для полной цепи»

Электрический ток,

Электрический ток,

Утверждают, что ты –

Электронов поток,

И болтает к тому же

Досужий народ,

Что тобой управляют

Катод и анод.

Электрический ток,

Электрический ток,

Говорят, ты порою

Бываешь жесток.

Может жизни лишить

Твой коварный укус.

Ну и пусть,

Все равно я тебя не боюсь!

Цель урока: 

Обучающая: Ввести понятия электродвижущей силы; сформулировать закон Ома для полной цепи; сформировать у учащихся представление о различии между ЭДС, напряжением и разностью потенциалов.

Воспитательная: Работу в коллективе, волевая саморегуляция, следовать основным нормам поведения, Т.Б. на уроке, формирование социальной роли ученика, положительное отношение к учению.

Развивающая: Навыки работы с приборами, логическое мышление, проводить связь с жизнью.

Тип урока: 

Комбинированный урок

Используемые учебники и учебные пособия: 

1. Физика-10. Базовый и профильный уровни / авт. Мякишев Г.Я., БуховцевБ.Б., СотскийС.С. – М.: «Просвещение», 2008.

2. Сборник задач для 10-11 класса, автор Рымкевич А.П. – Дрофа, 2008.

3. Поурочные разработки по физике.10класс. Волков В.А.- М: «ВАКО»,2008.

4. Поурочные планы по учебнику Г.Я.Мякишева и др.-Волгограл,2008.

Используемое оборудование: 

Источник питания, вольтметр, амперметр, реостат, резистор, провода, ключ, карточки с заданием.

I. Организационный момент (готовность класса к уроку, внешний вид, порядок в классе, часть доски закрыта, схема участка цепи).

II. Проверка домашнего задания:

1) Фронтальный опрос:

1. В каком движении участвуют свободные электроны в металле?

2. Происходит ли при этом перенос электрического заряда?

3. В каком случае происходит перенос заряда через поперечное сечение проводника?

4. Что такое электрический ток?

5. Что представляет собой ток в металлах?

6. Что принимают за направление тока?

7. Как можно обнаружить электрический ток?

8. Какие действия тока мы знаем?

9. Какая величина служит основной количественной характеристикой

электрического тока?

10. Как рассчитать силу тока?

11. От каких величин зависит сила тока?

12. Какие условия необходимы для создания электрического тока?

13. Что собой представляет вольтамперная характеристика проводника с током?

14. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

15. Что характеризует электрическое сопротивление проводника?

16. От каких величин зависит электрическое сопротивление проводника?

17. Какие виды соединений мы знаем?

18. Как выгодно включать потребители к осветительной цепи?

19. Что совершает электрический ток, перенося заряд вдоль проводника?

20. Чему равна работа тока?

21. Что определяет работа тока?

22. Сформулируйте закон Джоуля-Ленца?

23. Что характеризует мощность тока?

24. Чему равна работа на замкнутом участке цепи?

2) Физический диктант:

1вариант:1. Закон Ома для участка цепи.

2. Скорость упорядоченного движения электронов в проводнике.

3. Чему равно напряжение на концах проводника?

4. Записать законы параллельного соединения проводников.

5. Записать всевозможные формулы для расчета мощности тока.

6. Определить цену деления амперметра.

2вариант:1. Закон Джоуля-Ленца.

2. Чему равна сила тока?

3. Формула для расчета удельного сопротивления проводника.

4. Записать законы последовательного соединения проводников.

5. Записать всевозможные формулы для работы тока.

6. Определить цену деления вольтметра.

( сначала взаимопроверка вариантов, затем проверка на доске- открыть доску –проставление оценок).

http://www.naukamira.ru/board/

III. Изучение нового материала:

к деятельности

Психологическая мотивация: на доске изображен участок эл. цепи.

Что здесь изображено?

Из каких частей состоит эл. цепь?

Все ли составные части присутствуют в данной цепи?

Итак, это только участок цепи.

Как выглядит Закон Ома для участка цепи?

Смотрят,

Слушают,

Отвечают.

Сопоставляют.

Анализируют.

2.

Выделение проблемного поля

Покажем полную цепь.

Какие элементы добавились?

Что не учитывает закон Ома для участка цепи?

Анализируют.

Сопоставляют.

Дают ответы.

3.

Совместная с учащимися постановка целей

Как вы думаете, чему будет посвящен урок? Каких целей мы должны достичь?

Что мы должны узнать?

Дети предлагают свои варианты и формулируют тему урока.

Формулируют цели урока:

-назначение источника тока;

-закон Ома для полной цепи.

4.

Совместный поиск решения проблемы

Поэтому нам надо в первую очередь уточнить назначение источника тока?

Зачем нужно эл. поле?

Каким образом?

Создать эл. поле.

Разделения эл. зарядов.

Обсуждение вариантов ответов.

Давайте рассмотрим 2шарика, несущие заряды противоположных знаков, соединив их проводником. Что происходит?

Надолго?

Т.е. заряды нейтрализуются и эл. ток исчезнет. Что дальше? Тока больше нет.

Т.е нужен источник тока. Каково же его назначение?

Анализ рис.

Могут ли это сделать кулоновские силы?

Значит?

Да! В источнике тока на заряды кроме кулоновских сил должны действовать силы неэлектрического происхождения. Их называют сторонними – это любые силы, действующие на эл. заряды, за исключением сил кулоновских. Они необходимы для постоянного разделения зарядов внутри источника тока.

Давайте обратимся к закону сохранения энергии, чтобы сделать правильный вывод о необходимости сторонних сил. Эл. поле потенциально, т.е. работа этих сил по перемещению заряженных частиц вдоль замкнутой эл. цепи равна …

Значит, В любой цепи должен быть источник энергии, поставляющий ее в цепь, но кроме кулоновских сил. Обязательно должны действовать сторонние силы, т.е. непотенциальные силы, работа которых вдоль замкнутого контура не равнялась нулю. Именно в процессе совершения работы этими силами, заряженные частицы приобретают внутри источника энергию и отдают ее затем в проводниках эл. цепи. Итак, сторонние силы приводят в движение заряженные частицы внутри всех источников тока на электростанциях, гальванических элементов, аккумуляторов и т. д.

Во всей остальной цепи заряженные частицы приводят в движение кулоновские силы.

Природа сторонних сил разнообразна: в генераторах – магнитные силы, в гальваническом элементе – химические силы.

Действие сторонних сил

характеризуется физ. величиной, называющейся электродвижущей силой ЭДС

ε= Аст/q; ε- ЭДС [В]

( дать аналогию между эл. током и течением жидкости по трубам)

Ну а теперь рассмотрим нашу простейшую полную (замкнутую) цепь. Давайте начертим ее на доске и соберем на демонстрационном столе.

Рассмотрим замкнутый контур

Апол =Аст + Ак, Ак=0 по закону сохранения энергии

Апол=Аст  по закону ДжоуляЛенца

Апол=I²Rt+I²rt        Аст=εq=εtI

Вызвать ученика решить данное уравнение, после преобразований получаем

I=ε/R+r       закон Ома для полной цепи.

Как его прочитать?

Сила тока зависит:

1.E   2.R      3.R

Если R→0, то возникает ток короткого замыкания.

Iк.з.=ε/r                                                                                      Ток короткого замыкания очень опасен, приводит к пожарам зданий.

Чтобы избежать короткого замыкания включают предохранители, автоматические выключатели.

Физ-минутка ( упражнения для глаз).

В проводнике возникает ток

Ток прекратится как только все электроны перейдут с шара «-» на шар «+»

Нужен источник зарядов.

Двигать е к «-», а + к «+»

Нет?

Нужны другие силы.

Нулю.

Небольшое сообщение – сравнение- аналогия дается учеником.

Учащиеся по желанию выходят начертить схему и собрать ее (двое учащихся)

Дети делают вывод.

Дети формулируют закон:

Сила тока в полной цети равна отношению эдс цепи к ее полному сопротивлению

Дают ответы

5

Закрепление нового материала.

а) практическое закрепление опыта;

б) самостоятельная работа с

самопроверкой,

взаимопроверкой,

самооценкой;

в)закрепление во внешней речи.

 Выполняем эксперимент по определению ЭДС и внутреннего сопротивления, проводим математическую обработку результатов эксперимента.

                            Порядок выполнения работы:

1.Собрать эл.цепь. 

2.Создать необходимые условия для проведения эксперимента, Т. Б.

3.Проверить работу цепи при разомкнутом и замкнутом ключе.

4.Осуществить наблюдения и измерения в запланированной последовательности.

5.Записать и вычислить искомые величины.

Р № 820.

 1.Что означает запись на батарейке?

2.Какие силы называются сторонними?

3.Что такое ЭДС?

4.Как читается закон Ома для полной цепи?

5.Что такое ток короткого замыкания?

 

Снимают показания и решают экспериментальную задачу на определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока.(один у доски, остальные в тетради)

Решают.

Дают ответы.

6

Рефлексия

Шкала анализа:

Актуальность, эмоции, значимость

§ 109, 110.№ 817, № 821.

СПАСИБО ЗА УРОК!

Электрический ток,

Электрический ток,

Говорят, ты порою

Бываешь жесток.

Может жизни лишить

Твой коварный укус.

Ну и пусть,

Все равно я тебя не боюсь!

Электрический ток,

Электрический ток,

Утверждают, что ты –

Электронов поток,

И болтает к тому же

Досужий народ,

Что тобой управляют

Катод и анод.

Закон первого Ома – MR WATT Shop

Мы можем сказать, что в электрической цепи, если разность потенциалов, приложенная между двумя ее точками, равна 1 вольт, а частичное сопротивление участка между этими двумя точками составляет 1 Ом на этом участке. циркулирует ток в 1 ампер.

Закон Ома очень просто устанавливает взаимосвязь между тремя следующими электрическими величинами: напряжением (В), током (I) и сопротивлением (R)

Этот закон был провозглашен известным немецким физиком Джорджем Саймоном Омом и, безусловно, является наиболее подходящим. важны из тех, что связаны с электричеством.

Утверждение звучит именно так:

«Сила тока в цепи прямо пропорциональна приложенному к ней напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению самой цепи».

Его математическое выражение:

I = V / R

, которое позволяет рассчитать ток, зная напряжение и сопротивление. Получено по этой формуле:

V = I * R

R = V / I

, что позволяет определить напряжение или сопротивление, когда две другие величины известны. Если схема применяется к одному ф.э.м. (Электродвижущая сила) значения E, мы видим, что формула закона Ома принимает следующий вид:

I = E / (R + r)

где «r» – внутреннее сопротивление генератора. . Если мы рассмотрим схему с одним резистором и предположим, что разность потенциалов между клеммами A и B имеет значение V, ток, протекающий через сопротивление R, будет:

I = V / R

Тогда как с другой стороны, схема с двумя резисторами, питаемыми от ЭДС генератора E и внутренним сопротивлением r, если R1 и R2 являются внешними резисторами или нагрузкой, подключенными последовательно, мы будем иметь:

I = E / (R1 + R2 + r)

, что дает

E = I (R1 + R2 + r) = I R1 + I R2 + I r.

Продукты I R1, I R2 и I r (резисторы тока) соответственно выражают разность потенциалов, существующую между точками (AC) и (CB), а также внутреннее падение напряжения генератора.

Мы видим, что ф.э.м. И приложенная к цепи сумма разностей парциальных потенциалов равна сумме, которые также называют «падениями напряжения».

Падения напряжения IR1 и IR2 возникают во внешней цепи и могут иметь полезный эффект. Падение напряжения Ir возникает внутри генератора и не имеет значения.

Предположим, что теперь переключатель разомкнут: в цепи нет тока и, поскольку I = 0, внутреннее падение напряжения будет нулевым, а ddp между двумя выводами A и B генератора будет равно ЭДС самого генератора. : VAB = E.

Если вместо этого цепь замкнута и циркулирует ток I, между A и B будет разность потенциалов (ddp)

VAB = E – I * r

Другой случай, при котором возникает условие VAB = E – когда внутреннее сопротивление генератора равно нулю (r = 0).

Несмотря на то, что большинство из нас знает и правильно использует «Закон Ома», мы не должны забывать, что есть люди, начинающие, которые, зная о существовании этого закона, не знают, как использовать его на практике, чтобы получить как можно больше преимуществ. .

Мы обращаемся к симулятору за любыми примерами и приложениями.

Закон Ома – Университетская физика, том 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Опишите закон Ома
  • Распознать, когда применяется закон Ома, а когда нет.

До сих пор в этой главе мы обсуждали три электрических свойства: ток, напряжение и сопротивление.Оказывается, что многие материалы демонстрируют простую взаимосвязь между значениями этих свойств, известную как закон Ома. Многие другие материалы не демонстрируют эту взаимосвязь, поэтому, несмотря на то, что они называются законом Ома, они не считаются законом природы, как законы Ньютона или законы термодинамики. Но это очень полезно для расчетов с материалами, которые подчиняются закону Ома.

Описание закона Ома

Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению В . Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) первым экспериментально продемонстрировал, что ток в металлической проволоке прямо пропорционален приложенному напряжению. :

Это важное соотношение лежит в основе закона Ома. Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, в которой напряжение является причиной, а ток – следствием. Это эмпирический закон, который означает, что это экспериментально наблюдаемое явление, подобное трению. Такая линейная зависимость возникает не всегда.Любой материал, компонент или устройство, подчиняющееся закону Ома, где ток через устройство пропорционален приложенному напряжению, известен как омический материал или омический компонент. Любой материал или компонент, который не подчиняется закону Ома, известен как неомический материал или неомный компонент.

Эксперимент Ома

В статье, опубликованной в 1827 году, Георг Ом описал эксперимент, в котором он измерял напряжение и ток в различных простых электрических цепях, содержащих провода различной длины. Аналогичный эксперимент показан на (Рисунок). Этот эксперимент используется для наблюдения за током через резистор, возникающим в результате приложенного напряжения. В этой простой схеме резистор включен последовательно с батареей. Напряжение измеряется вольтметром, который необходимо разместить на резисторе (параллельно резистору). Ток измеряется амперметром, который должен быть на одной линии с резистором (последовательно с резистором).

Экспериментальная установка, используемая для определения того, является ли резистор омическим или неомическим устройством.(а) Когда батарея подключена, ток течет по часовой стрелке, а вольтметр и амперметр показывают положительные значения. (b) Когда выводы батареи переключаются, ток течет против часовой стрелки, а вольтметр и амперметр показывают отрицательные показания.

В этой обновленной версии оригинального эксперимента Ома было выполнено несколько измерений тока для нескольких различных напряжений. Когда батарея была подключена, как показано на (Рисунок) (а), ток протекал по часовой стрелке, и показания вольтметра и амперметра были положительными. Изменится ли поведение тока, если ток течет в обратном направлении? Чтобы заставить ток течь в обратном направлении, выводы батареи можно переключить. При переключении выводов батареи показания вольтметра и амперметра были отрицательными, потому что ток протекал в обратном направлении, в данном случае против часовой стрелки. Результаты аналогичного эксперимента показаны на (Рисунок).

Резистор вставлен в цепь с батареей.Приложенное напряжение изменяется от -10,00 В до +10,00 В с шагом 1,00 В. На графике показаны значения напряжения в зависимости от тока, типичные для случайного экспериментатора.

В этом эксперименте напряжение, приложенное к резистору, изменяется от -10,00 до +10,00 В с шагом 1,00 В. Измеряются ток через резистор и напряжение на резисторе. Построен график зависимости напряжения от тока, и результат будет приблизительно линейным.Наклон линии – это сопротивление или напряжение, деленное на ток. Этот результат известен как закон Ома:

, где В, – это напряжение, измеренное в вольтах на рассматриваемом объекте, I – ток, измеренный через объект в амперах, а R – это сопротивление в единицах Ом. Как указывалось ранее, любое устройство, которое показывает линейную зависимость между напряжением и током, известно как омическое устройство. Следовательно, резистор – это омическое устройство.

Проверьте свое понимание Напряжение, подаваемое в ваш дом, изменяется как. Если к этому напряжению подключить резистор, будет ли по-прежнему действовать закон Ома?

Да, закон Ома все еще в силе. В каждый момент времени ток равен, поэтому ток также является функцией времени.

Неомные устройства не показывают линейной зависимости между напряжением и током. Одним из таких устройств является элемент полупроводниковой схемы, известный как диод.Диод – это схемное устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении. Схема простой схемы, состоящей из батареи, диода и резистора, показана на (рисунок). Хотя мы не рассматриваем теорию диода в этом разделе, диод можно протестировать, чтобы определить, является ли он омическим или неомическим устройством.

Диод – это полупроводниковое устройство, которое пропускает ток, только если диод смещен в прямом направлении, что означает, что анод положительный, а катод отрицательный.

График зависимости тока от напряжения показан на (Рисунок).Обратите внимание, что поведение диода показано как зависимость тока от напряжения, тогда как работа резистора показана как зависимость напряжения от тока. Диод состоит из анода и катода. Когда анод находится под отрицательным потенциалом, а катод – под положительным потенциалом, как показано в части (а), говорят, что диод имеет обратное смещение. При обратном смещении диод имеет очень большое сопротивление, и через диод и резистор протекает очень небольшой ток – практически нулевой ток. Когда напряжение, приложенное к цепи, увеличивается, ток остается практически нулевым, пока напряжение не достигнет напряжения пробоя и диод не будет проводить ток, как показано на (Рисунок).Когда аккумулятор и потенциал на диоде меняются местами, что делает анод положительным, а катод отрицательным, диод проводит, и ток течет через диод, если напряжение больше 0,7 В. Сопротивление диода близко к нулю. (Это причина наличия резистора в цепи; если бы его не было, ток стал бы очень большим.) Из графика на (Рисунок) видно, что напряжение и ток не имеют линейной зависимости. Таким образом, диод является примером безомного устройства.

Когда напряжение на диоде отрицательное и небольшое, через диод протекает очень небольшой ток. Когда напряжение достигает напряжения пробоя, диод проводит. Когда напряжение на диоде положительное и превышает 0,7 В (фактическое значение напряжения зависит от диода), диод проводит. По мере увеличения приложенного напряжения ток через диод увеличивается, но напряжение на диоде остается примерно 0,7 В.

Закон Ома обычно формулируется как, но первоначально он был сформулирован как микроскопический вид с точки зрения плотности тока, проводимости и электрического поля.Этот микроскопический взгляд предполагает, что пропорциональность обусловлена ​​дрейфовой скоростью свободных электронов в металле, возникающей в результате приложенного электрического поля. Как было сказано ранее, плотность тока пропорциональна приложенному электрическому полю. Переформулировка закона Ома приписывается Густаву Кирхгофу, имя которого мы снова увидим в следующей главе.

Открытие закона Ома

Открытия Георга Ома

Георг Ом, немецкий математик и физик, начал свои важные публикации в 1825 году.

В своей первой статье, опубликованной в 1825 году, Ом исследует уменьшение электромагнитной силы, создаваемой проводом, по мере увеличения длины провода. В статье были выведены математические соотношения, основанные исключительно на экспериментальных данных, которые Ом вывел в таблицу.

В двух важных статьях 1826 года Ом дал математическое описание проводимости в схемах, смоделированных на основе исследования теплопроводности Фурье. Эти статьи продолжают вывод Ома результатов из экспериментальных данных, и, особенно во втором случае, он смог предложить законы, которые во многом помогли объяснить результаты других, работающих над гальваническим электричеством. Вторая статья, безусловно, является первым шагом в всеобъемлющей теории, которую Ом смог изложить в своей знаменитой книге, опубликованной в следующем году.

То, что сейчас известно как закон Ома, появилось в этой знаменитой книге Die galvanische Kette, Mathematisch Bearbeitet (1827), в которой он дал свою полную теорию электричества. Книга начинается с математической подготовки, необходимой для понимания остальной работы. Здесь следует отметить, что такая математическая подготовка была необходима даже ведущим немецким физикам для понимания работы, поскольку в то время упор делался на нематематический подход к физике.Следует также отметить, что, несмотря на попытки Ома в этом введении, ему не удалось убедить немецких физиков старшего возраста в правильности математического подхода.

Как указано выше, эта работа включала теорию «закона Ома»: отношение тока, проходящего через большинство материалов, прямо пропорционально разности потенциалов, приложенной к материалу.

Хотя работа Ома сильно повлияла на теорию, поначалу она была воспринята без особого энтузиазма.Однако его работа была в конечном итоге признана Королевским обществом, награжденным медалью Копли в 1841 году. Он стал иностранным членом Королевского общества в 1842 году, а в 1845 году он стал полноправным членом Баварской академии.

Закон Ома

Закон Ома, названный в честь его первооткрывателя, гласит, что разность потенциалов V между концами проводника или резистора R и ток I , протекающий через R , пропорциональны при данной температуре:


Другими словами, где V – напряжение, а I – ток; приведенное выше уравнение дает константу пропорциональности R , которая представляет собой электрическое сопротивление устройства.

Закон строго верен только для резисторов, сопротивление которых не зависит от приложенного напряжения, которые называются омическими или идеальными резисторами или омическими устройствами. Закон Ома никогда не бывает полностью точным, если R предполагается постоянным, для «реальных» устройств, потому что ни одно реальное устройство не является омическим устройством для каждого напряжения и тока – на каком-то уровне устройство откроется или закроется, например, путем возгорания или образования дуги. Более того, температура является важным фактором, определяющим точность закона Ома.Когда температура металла увеличивается, количество столкновений между электронами и атомами увеличивается, поэтому, когда вещество нагревается из-за протекающего через него электричества (или в результате любого другого процесса нагрева), сопротивление увеличивается.

Отношение V / I = R справедливо даже для неомических устройств, но тогда сопротивление R зависит от V и больше не является постоянным. Чтобы проверить, является ли данное устройство омическим или нет, строят график V и I и сравнивают график с прямой линией, проходящей через начало координат.

Важно отметить, что закон Ома – это не фактический математически выведенный закон, а наблюдение, подтвержденное значительными эмпирическими данными.

В 1845 году немецкий физик Густав Кирхгоф (1824–1887) объявил об открытии законов Кирхгофа, которые позволяют рассчитывать токи, напряжения и сопротивления электрических сетей. Расширяя теорию Георга Ома, он обобщил уравнения, описывающие течение тока, на случай электрических проводников в трех измерениях.В дальнейших исследованиях он продемонстрировал, что ток течет по проводнику со скоростью света.

Эксперименты по закону Ома

Эксперименты по закону Ома
Эксперимент с законом Ома – Кафедра астрономии и физики МГУ
Характеристики тока / напряжения и закон Ома – Davidson Physics
Круговая диаграмма и калькуляторы с законом Ома – 12volt.com
Закон Ома – Р. Виктор Джонс
Закон Ома, электрическая мощность, ЭДС и внутренние сопротивление – PMB
Отношения закона Ома – Уолтер Банцаф, Э. К. Смит, Уинфилд Янг Закон Ома
– Рэндалл Дж. Скалайс
Закон Ома – Омические резисторы JL Stanbrough
Закон Ома против лампочек – UBC

Эксперименты по законам Кирхгофа
Законы Кирхгофа – Университет Гвельфа, факультет физики
Закон Ома и правила Кирхгофа – Крис Одом, Университет Клемсона

Фон закона Ома
Закон Ома – Национальная лаборатория сильных магнитных полей.
Закон Ома – Гиперфизика.
Закон Ома – Университет Гвельфа, факультет физики.com
Демонстрация закона Ома – Science Joy Wagon

Биографии Георга Ома
Георг Симон Ом – MacTutor

Книги


& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp

9,4 Закон Ома – Университетская физика, Том 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Опишите закон Ома
  • Распознать, когда применяется закон Ома, а когда нет.

До сих пор в этой главе мы обсуждали три электрических свойства: ток, напряжение и сопротивление.Оказывается, что многие материалы демонстрируют простую взаимосвязь между значениями этих свойств, известную как закон Ома. Многие другие материалы не демонстрируют эту взаимосвязь, поэтому, несмотря на то, что они называются законом Ома, они не считаются законом природы, как законы Ньютона или законы термодинамики. Но это очень полезно для расчетов с материалами, которые подчиняются закону Ома.

Описание закона Ома

Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению В .Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) первым экспериментально продемонстрировал, что ток в металлической проволоке прямо пропорционален приложенному напряжению. :

Это важное соотношение лежит в основе закона Ома. Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, в которой напряжение является причиной, а ток – следствием. Это эмпирический закон, который означает, что это экспериментально наблюдаемое явление, подобное трению. Такая линейная зависимость возникает не всегда.Любой материал, компонент или устройство, подчиняющееся закону Ома, где ток через устройство пропорционален приложенному напряжению, известен как омический материал или омический компонент. Любой материал или компонент, который не подчиняется закону Ома, известен как неомический материал или неомный компонент.

Эксперимент Ома

В статье, опубликованной в 1827 году, Георг Ом описал эксперимент, в котором он измерял напряжение и ток в различных простых электрических цепях, содержащих провода различной длины.Аналогичный эксперимент показан на рисунке 9.19. Этот эксперимент используется для наблюдения за током через резистор, возникающим в результате приложенного напряжения. В этой простой схеме резистор включен последовательно с батареей. Напряжение измеряется вольтметром, который необходимо разместить на резисторе (параллельно резистору). Ток измеряется амперметром, который должен быть на одной линии с резистором (последовательно с резистором).

Фигура 9,19 Экспериментальная установка, используемая для определения того, является ли резистор омическим или неомическим устройством.(а) Когда батарея подключена, ток течет по часовой стрелке, а вольтметр и амперметр показывают положительные значения. (b) Когда выводы батареи переключаются, ток течет против часовой стрелки, а вольтметр и амперметр показывают отрицательные показания.

В этой обновленной версии оригинального эксперимента Ома было выполнено несколько измерений тока для нескольких различных напряжений. Когда батарея была подключена, как показано на рис. 9.19 (а), ток протекал по часовой стрелке, и показания вольтметра и амперметра были положительными.Изменится ли поведение тока, если ток течет в обратном направлении? Чтобы заставить ток течь в обратном направлении, выводы батареи можно переключить. При переключении выводов батареи показания вольтметра и амперметра были отрицательными, потому что ток протекал в обратном направлении, в данном случае против часовой стрелки. Результаты аналогичного эксперимента показаны на рисунке 9.20.

Фигура 9.20 В цепь с батареей ставится резистор.Приложенное напряжение изменяется от -10,00 В до +10,00 В с шагом 1,00 В. На графике показаны значения напряжения в зависимости от тока, типичные для случайного экспериментатора.

В этом эксперименте напряжение, приложенное к резистору, изменяется от -10,00 до +10,00 В с шагом 1,00 В. Измеряются ток через резистор и напряжение на резисторе. Построен график зависимости напряжения от тока, и результат будет приблизительно линейным. Наклон линии – это сопротивление или напряжение, деленное на ток.Этот результат известен как закон Ома:

, где В, – это напряжение, измеренное в вольтах на рассматриваемом объекте, I – ток, измеренный через объект в амперах, а R – это сопротивление в единицах Ом. Как указывалось ранее, любое устройство, которое показывает линейную зависимость между напряжением и током, известно как омическое устройство. Следовательно, резистор – это омическое устройство.

Пример 9,8

Измерение сопротивления
Угольный резистор при комнатной температуре (20 ° C) (20 ° C) присоединяется к 9.Аккумулятор 00 В и ток, измеренный через резистор, составляет 3,00 мА. а) Какое сопротивление резистора измеряется в Ом? (b) Если температура резистора повышается до 60 ° C60 ° C путем нагрева резистора, каков ток через резистор?
Стратегия
(а) Сопротивление можно найти с помощью закона Ома. Закон Ома гласит, что V = IRV = IR, поэтому сопротивление можно найти, используя R = V / IR = V / I.

(b) Во-первых, сопротивление зависит от температуры, поэтому новое сопротивление после нагрева резистора можно найти, используя R = R0 (1 + αΔT) R = R0 (1 + αΔT).Ток можно найти с помощью закона Ома в виде I = V / RI = V / R.

Решение
  1. Используя закон Ома и решив сопротивление, получаем сопротивление при комнатной температуре: R = VI = 9,00 В 3,00 × 10−3A = 3,00 × 103 Ом = 3,00 кОм R = VI = 9,00 В 3,00 × 10−3A = 3,00 × 103 Ом = 3,00 кОм.
  2. Сопротивление при 60 ° C60 ° C можно найти, используя R = R0 (1 + αΔT) R = R0 (1 + αΔT), где температурный коэффициент для углерода α = −0,0005α = −0,0005. R = R0 (1 + αΔT) = 3,00 × 103 (1−0,0005 (60 ° C − 20 ° C)) = 2,94 кОм R = R0 (1 + αΔT) = 3,00 × 103 (1−0.0005 (60 ° C − 20 ° C)) = 2,94 кОм.
    Ток через нагретый резистор равен I = VR = 9,00 В 2,94 × 103 Ом = 3,06 × 10−3A = 3,06 мА I = VR = 9,00 В 2,94 × 103 Ом = 3,06 × 10−3A = 3,06 мА.
Значение
Изменение температуры на 40 ° C40 ° C привело к изменению тока на 2,00%. Это может показаться не очень большим изменением, но изменение электрических характеристик может сильно повлиять на цепи. По этой причине многие электронные устройства, такие как компьютеры, содержат вентиляторы для отвода тепла, рассеиваемого компонентами электрических цепей.

Проверьте свое понимание 9,8

Проверьте свое понимание Напряжение, подаваемое в ваш дом, изменяется как V (t) = Vmaxsin (2πft) V (t) = Vmaxsin (2πft). Если к этому напряжению подключен резистор, будет ли по-прежнему действовать закон Ома V = IRV = IR?

Неомные устройства не показывают линейной зависимости между напряжением и током. Одним из таких устройств является элемент полупроводниковой схемы, известный как диод. Диод – это схемное устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении.Схема простой схемы, состоящей из батареи, диода и резистора, показана на рисунке 9.21. Хотя мы не рассматриваем теорию диода в этом разделе, диод можно протестировать, чтобы определить, является ли он омическим или неомическим устройством.

Фигура 9.21 Диод – это полупроводниковое устройство, которое позволяет току течь только в том случае, если диод смещен в прямом направлении, что означает, что анод положительный, а катод отрицательный.

График зависимости тока от напряжения показан на рисунке 9.22. Обратите внимание, что поведение диода показано как зависимость тока от напряжения, тогда как работа резистора показана как зависимость напряжения от тока. Диод состоит из анода и катода. Когда анод находится под отрицательным потенциалом, а катод – под положительным потенциалом, как показано в части (а), говорят, что диод имеет обратное смещение. При обратном смещении диод имеет очень большое сопротивление, и через диод и резистор протекает очень небольшой ток – практически нулевой ток. Когда напряжение, приложенное к цепи, увеличивается, ток остается практически нулевым, пока напряжение не достигнет напряжения пробоя и диод не будет проводить ток, как показано на рисунке 9.22. Когда аккумулятор и потенциал на диоде меняются местами, что делает анод положительным, а катод отрицательным, диод проводит, и ток течет через диод, если напряжение больше 0,7 В. Сопротивление диода близко к нулю. . (Это причина наличия резистора в цепи; если бы его не было, ток стал бы очень большим.) Из графика на рисунке 9.22 видно, что напряжение и ток не имеют линейной зависимости. Таким образом, диод является примером безомного устройства.

Фигура 9,22 Когда напряжение на диоде отрицательное и небольшое, через диод протекает очень небольшой ток. Когда напряжение достигает напряжения пробоя, диод проводит. Когда напряжение на диоде положительное и превышает 0,7 В (фактическое значение напряжения зависит от диода), диод проводит. По мере увеличения приложенного напряжения ток через диод увеличивается, но напряжение на диоде остается примерно 0,7 В.

Закон Ома обычно формулируется как V = IRV = IR, но первоначально он был сформулирован как микроскопический вид с точки зрения плотности тока, проводимости и электрического поля.Этот микроскопический вид предполагает, что пропорциональность V∝IV∝I обусловлена ​​дрейфовой скоростью свободных электронов в металле, возникающей в результате приложенного электрического поля. Как было сказано ранее, плотность тока пропорциональна приложенному электрическому полю. Переформулировка закона Ома приписывается Густаву Кирхгофу, имя которого мы снова увидим в следующей главе.

2: Закон Ома – Рабочая сила LibreTexts

2: Закон Ома – Рабочая сила LibreTexts Перейти к основному содержанию
  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
Без заголовков
  • 2.1: Закон Ома – как связаны напряжение, ток и сопротивление
    Первое и, возможно, наиболее важное соотношение между током, напряжением и сопротивлением называется законом Ома, открытым Георгом Саймоном Омом и опубликованным в его статье 1827 года «Гальваника». Схема исследована математически.
  • 2.2: Аналогия с законом Ома
    Закон Ома также имеет интуитивный смысл, если применить его к аналогии с водой и трубой. Если у нас есть водяной насос, который оказывает давление (напряжение), чтобы протолкнуть воду по «цепи» (ток) через ограничение (сопротивление), мы можем смоделировать взаимосвязь трех переменных.Если сопротивление потоку воды остается прежним, а давление насоса увеличивается, скорость потока также должна увеличиваться.
  • 2.3: Мощность в электрических цепях
    Мощность – это мера того, сколько работы можно выполнить за заданный промежуток времени. Механическая мощность обычно измеряется (в Америке) в «лошадиных силах». Электрическая мощность почти всегда измеряется в «ваттах» и может быть рассчитана по формуле P = IE. Электроэнергия – это продукт напряжения и тока, а не ни того, ни другого по отдельности.
  • 2.4: Расчет электрической мощности
    Мощность, измеряемая в ваттах, обозначается буквой «W».
  • 2.5: Резисторы
    Поскольку соотношение между напряжением, током и сопротивлением в любой цепи настолько регулярное, мы можем надежно контролировать любую переменную в цепи, просто управляя двумя другими. Возможно, самой простой переменной в любой цепи для управления является ее сопротивление. Это можно сделать, изменив материал, размер и форму проводящих компонентов (помните, как тонкая металлическая нить накала лампы создавала большее электрическое сопротивление, чем толстый провод?).
  • 2.6: Нелинейная проводимость
    Закон Ома – это простой и мощный математический инструмент, помогающий нам анализировать электрические цепи, но он имеет ограничения, и мы должны понимать эти ограничения, чтобы правильно применять его к реальным схемам. Для большинства проводников сопротивление является довольно стабильным свойством, на которое практически не влияют ни напряжение, ни ток. По этой причине мы можем рассматривать сопротивление многих компонентов схемы как постоянное, при этом напряжение и ток напрямую связаны друг с другом.
  • 2.7: Схема подключения
  • 2.8: Полярность падений напряжения
  • 2.9: Компьютерное моделирование электрических цепей
    Компьютеры могут быть мощным инструментом при правильном использовании, особенно в области науки и техники. Существует программное обеспечение для моделирования электрических цепей с помощью компьютера, и эти программы могут быть очень полезны, помогая разработчикам схем проверять идеи перед построением реальных цепей, экономя много времени и денег.
Сопротивление

и простые схемы – Учебник по физике Дугласского колледжа 1104 – Зима и лето 2020

Сводка

  • Объясните происхождение закона Ома.
  • Рассчитайте напряжения, токи или сопротивления по закону Ома.
  • Объясните, что такое омический материал.
  • Опишите простую схему.

Что движет током? Мы можем думать о различных устройствах, таких как батареи, генераторы, розетки и т. Д., Которые необходимы для поддержания тока.Все такие устройства создают разность потенциалов и условно называются источниками напряжения. Когда источник напряжения подключен к проводнику, он применяет разность потенциалов [латекс] \ boldsymbol {V} [/ latex], которая создает электрическое поле. Электрическое поле, в свою очередь, воздействует на заряды, вызывая ток.

Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению [латекс] \ boldsymbol {V} [/ latex]. Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) был первым, кто экспериментально продемонстрировал, что ток в металлической проволоке прямо пропорционален приложенному напряжению :

.

[латекс] \ boldsymbol {I \ propto V}.[/ латекс]

Это важное соотношение известно как закон Ома. Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, в которой напряжение является причиной, а ток – следствием. Это эмпирический закон, подобный закону трения – явление, наблюдаемое экспериментально. Такая линейная зависимость возникает не всегда.

Если напряжение управляет током, что ему мешает? Электрическое свойство, препятствующее току (примерно такое же, как трение и сопротивление воздуха), называется сопротивлением RR размером 12 {R} {}. Столкновения движущихся зарядов с атомами и молекулами вещества передают энергию веществу и ограничивают ток.Сопротивление обратно пропорционально току, или

.

[латекс] \ boldsymbol {I \ propto} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {R}}. [/ Latex]

Таким образом, например, ток уменьшается вдвое, если сопротивление увеличивается вдвое. Комбинируя отношения тока к напряжению и тока к сопротивлению, получаем

[латекс] \ boldsymbol {I =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {V} {R}}. [/ Latex]

Это соотношение также называется законом Ома. Закон Ома в такой форме действительно определяет сопротивление определенных материалов.Закон Ома (как и закон Гука) не универсален. Многие вещества, для которых действует закон Ома, называются омическими. К ним относятся хорошие проводники, такие как медь и алюминий, и некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах. Омические материалы имеют сопротивление [латекс] \ boldsymbol {R} [/ latex], которое не зависит от напряжения [латекс] \ boldsymbol {V} [/ latex] и тока [латекс] \ boldsymbol {I} [/ latex]. Объект с простым сопротивлением называется резистором , даже если его сопротивление невелико.Единицей измерения сопротивления является Ом и обозначается символом [латекс] \ Омега [/ латекс] (греческое омега в верхнем регистре). Перестановка [latex] \ boldsymbol {I = V / R} [/ latex] дает [latex] \ boldsymbol {R = V / I} [/ latex], поэтому единицы сопротивления равны 1 Ом = 1 вольт на ампер:

[латекс] \ boldsymbol {1 \; \ Omega = 1} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {V} {A}} [/ латекс]

На рисунке 1 показана схема простой схемы. Простая схема имеет один источник напряжения и один резистор. Можно предположить, что провода, соединяющие источник напряжения с резистором, имеют незначительное сопротивление, или их сопротивление можно указать в [латексе] \ boldsymbol {R} [/ латексе].

Рис. 1. Простая электрическая цепь, в которой замкнутый путь прохождения тока обеспечивается проводниками (обычно металлическими), соединяющими нагрузку с выводами батареи, представленной красными параллельными линиями. Зигзагообразный символ представляет собой единственный резистор и включает любое сопротивление в соединениях с источником напряжения.

Пример 1: Расчет сопротивления: автомобильная фара

Какое сопротивление проходит у автомобильной фары? 2.50 А при подаче на него 12,0 В?

Стратегия

Мы можем изменить закон Ома, как указано в [latex] \ boldsymbol {I = V / R} [/ latex], и использовать его для определения сопротивления.

Решение

Перестановка [latex] \ boldsymbol {I = V / R} [/ latex] и замена известных значений дает

[латекс] \ boldsymbol {R =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {V} {I}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {=} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {12. 12 \; \ Omega} [/ latex] или более.{-5} \; \ Omega} [/ latex], а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления (они неомичны). Сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит, как будет показано в главе 20.3 Сопротивление и удельное сопротивление.

Дополнительную информацию можно получить, решив [latex] \ boldsymbol {I = V / R} [/ latex], что дает

[латекс] \ boldsymbol {V = IR}. [/ Latex]

Это выражение для [latex] \ boldsymbol {V} [/ latex] можно интерпретировать как падение напряжения на резисторе, вызванное протеканием тока [latex] \ boldsymbol {I} [/ latex].Фраза [latex] \ boldsymbol {IR} [/ latex] drop часто используется для обозначения этого напряжения. Например, у фары в Примере 1 падение [latex] \ boldsymbol {IR} [/ latex] составляет 12,0 В. Если напряжение измеряется в различных точках цепи, будет видно, что оно увеличивается на источнике напряжения и уменьшается. на резисторе. Напряжение аналогично давлению жидкости. Источник напряжения подобен насосу, создающему перепад давления, вызывая ток – поток заряда. Резистор похож на трубу, которая снижает давление и ограничивает поток из-за своего сопротивления.Здесь сохранение энергии имеет важные последствия. Источник напряжения подает энергию (вызывая электрическое поле и ток), а резистор преобразует ее в другую форму (например, тепловую энергию). В простой схеме (с одним простым резистором) напряжение, подаваемое источником, равно падению напряжения на резисторе, поскольку [latex] \ boldsymbol {PE = q \ Delta V} [/ latex], и то же самое [ latex] \ boldsymbol {q} [/ latex] протекает через каждый. Таким образом, энергия, подаваемая источником напряжения, и энергия, преобразуемая резистором, равны.(См. Рисунок 2.)

Рисунок 2. Падение напряжения на резисторе в простой цепи равно выходному напряжению батареи.

Установление соединений: сохранение энергии

В простой электрической цепи единственный резистор преобразует энергию, поступающую от источника, в другую форму. Здесь о сохранении энергии свидетельствует тот факт, что вся энергия, подаваемая источником, преобразуется в другую форму только с помощью резистора. Мы обнаружим, что сохранение энергии имеет другие важные применения в схемах и является мощным инструментом анализа схем.

Исследования PhET: закон Ома

Посмотрите, как уравнение закона Ома соотносится с простой схемой. Отрегулируйте напряжение и сопротивление и посмотрите, как изменяется ток по закону Ома. Размеры символов в уравнении изменяются в соответствии с принципиальной схемой.

Рисунок 3. Закон Ома
  • Простая схема – это схема , в которой есть один источник напряжения и одно сопротивление.
  • Одно из положений закона Ома устанавливает связь между током [латекс] \ boldsymbol {I} [/ latex], напряжением [латекс] \ boldsymbol {V} [/ latex] и сопротивлением [латекс] \ boldsymbol {R} [/ latex] в простой схеме быть [latex] \ boldsymbol {I = \ frac {V} {R}} [/ latex].
  • Сопротивление имеет единицы измерения в омах ([латекс] \ boldsymbol {\ Omega} [/ latex]), относящиеся к вольтам и амперам с помощью [латекса] \ boldsymbol {1 \; \ Omega = 1 \; \ textbf {V} / \ textbf {A}} [/ латекс].
  • На резисторе наблюдается падение напряжения или [латекс] \ boldsymbol {IR} [/ latex], вызванное протекающим через него током, определяемое выражением [latex] \ boldsymbol {V = IR} [/ latex].

Концептуальные вопросы

1: Падение [латекс] \ boldsymbol {IR} [/ latex] на резисторе означает изменение потенциала или напряжения на резисторе.Изменится ли ток при прохождении через резистор? Объяснять.

2: Как падение [латекс] \ boldsymbol {IR} [/ latex] в резисторе похоже на падение давления в жидкости, протекающей по трубе?

Задачи и упражнения

1: Какой ток протекает через лампочку фонаря на 3,00 В, когда его сопротивление горячему [латекс] \ boldsymbol {3.60 \; \ Omega} [/ latex]?

2: Рассчитайте эффективное сопротивление карманного калькулятора с 1.Аккумулятор 35 В и через который протекает 0.200 мА.

3: Каково эффективное сопротивление стартера автомобиля, когда через него проходит 150 А, когда автомобильный аккумулятор подает на двигатель 11,0 В?

4: Сколько вольт подается для работы светового индикатора DVD-плеера с сопротивлением [латекс] \ boldsymbol {140 \; \ Omega} [/ latex], если через него проходит 25,0 мА?

5: (a) Найдите падение напряжения в удлинителе с символом [латекс] \ bold {0.0600- \ Omega} [/ latex] сопротивление, через которое протекает ток 5,00 А. (б) В более дешевом шнуре используется более тонкая проволока, и его сопротивление составляет [латекс] \ boldsymbol {0,300 \; \ Omega} [/ латекс]. Какое в нем падение напряжения при протекании 5.00 А? (c) Почему напряжение на любом используемом приборе снижается на эту величину? Как это повлияет на прибор?

6: Линия электропередачи подвешена к металлическим опорам со стеклянными изоляторами, имеющими сопротивление [латекс] \ boldsymbol {1,00 \ times 10 ^ 9 \; \ Omega} [/ латекс].Какой ток протекает через изолятор при напряжении 200 кВ? (Некоторые высоковольтные линии являются постоянным током.)

Глоссарий

Закон Ома
– эмпирическое соотношение, указывающее, что ток I, пропорционален разности потенциалов В, , ∝ В, ; его часто записывают как I = V / R , где R – это сопротивление
сопротивление
электрическое свойство, препятствующее току; для омических материалов это отношение напряжения к току, R = V / I
Ом
единица сопротивления, равная 1Ω = 1 В / A
омическое
тип материала, для которого действует закон Ома
простая схема
схема с одним источником напряжения и одним резистором

Решения

Задачи и упражнения

1: 0.{-2} \; \ Omega} [/ латекс]

5: (а) 0,300 В

(б) 1,50 В

(c) Напряжение, подаваемое на любой используемый прибор, снижается, поскольку общее падение напряжения от стены до конечного выхода прибора является фиксированным. Таким образом, если падение напряжения на удлинителе велико, падение напряжения на приборе значительно уменьшается, поэтому выходная мощность прибора может быть значительно уменьшена, что снижает способность прибора работать должным образом.

Ом, Джордж Саймон

Закон Ома был разработан Георгом Симоном Омом (1787-1854).

Хотя он обнаружил один из самые фундаментальные законы тока электричества, он был практически игнорировали большую часть своей жизни ученые в его собственной стране.

В 1827 году Георг Симон Ом открыл некоторые законы, относящиеся к сила тока в проводе.Ом обнаружил, что электричество действует как вода в трубе.

Ом обнаружил, что ток в цепи прямо пропорционально электрическому давлению и обратно сопротивлению проводников.

Закон Ома – одна из самых важных вещей, которые вы будете использовать на протяжении всей вашей электротехнической карьеры.Это математический инструмент, который очень полезен при определении неизвестный фактор напряжения, тока или сопротивления в электрическом цепь, в которой два других фактора неизвестны.

Это простой закон, который устанавливает взаимосвязь между напряжением, ток и сопротивление в математическом уравнении. В электрическом термины, напряжение обозначается буквой “Е” (электродвижущая сила) Ток буквой «Я» (интенсивность) и сопротивление буквой «R» .

Формула Ома не может работать должным образом, если не заданы все значения. выражается в правильных единицах измерения:

НАПРЯЖЕНИЕ выражается в ВОЛЬТАХ
ТОК
выражается в АМПЕРАХ
СОПРОТИВЛЕНИЕ
выражается в ОМ


Рабочая тетрадь с вопросами и Ответы

Также в наличии:

Закон Ома был разработан по:
Георг Симон Ом
Главная | FAQs | Каталог | Почта Заказ | Политика возврата Код , электрические классы Inc.
7449 Citrus Avenue
Winter Park, FL 32792 Тел: (407) 671-0020 или Бесплатный номер 1-800-642-2633
Факс: (407) 671-6497 Электронная почта: [email protected]
Для комментариев и предложений, щелкните конверт

Авторские права , Электротехнические классы по Кодексу Тома Генри Inc.
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.