Формула закона Ома в физике
Содержание:
Определение и формула закона Ома
Определение
Закон был получен Омом опытным путем. Построив вольт – амперную характеристику для проводника можно увидеть, что сила тока (I), текущего через проводник пропорциональна напряжению (U) на нем $(I \sim U)$.
Закон Ома для участка цепи
Если на рассматриваемом участке цепи, содержащей проводник, источников ЭДС нет $\left(U_{21}=\varphi_{1}-\varphi_{2}\right)$, то формула закона Ома является предельно простой:
$$I=\frac{U}{R}=\frac{\varphi_{1}-\varphi_{2}}{R}(1)$$где R – сопротивление проводника (совокупности проводников, участка цепи).
Если источник тока в участок цепи включен и характеризуется при помощи ЭДС ($\varepsilon$), то формула закона Ома преобразуется к виду:
$$I=\frac{U}{R}=\frac{\varphi_{1}-\varphi_{2}+\varepsilon}{R}(2)$$Закон Ома для замкнутой цепи
В том случае, если цепь является замкнутой, закон Ома принимает вид:
$$I=\frac{\varepsilon}{R}(3)$$где под R=Rvnesh
Формула закона Ома в дифференциальной форме
Все выше приведенные формулы закона Ома были представлены в интегральной форме. Этот закон можно записать в дифференциальной форме, которая характеризует электрическое состояние в точке.
$$\bar{j}=\sigma \bar{E}(4)$$где $\sigma=\frac{1}{\rho}$ – удельная проводимость, $\rho$ – удельное сопротивление, $\bar{j}$ – вектор плотности тока, $\bar{E}$ – вектор напряженности электрического поля. Векторы $\bar{j}$ и $\bar{E}$ характеризуют одну точку проводящей среды. В том случае, если среда изотропна, то $\bar{j} \uparrow \uparrow \bar{E}$.
Примеры решения задач
Пример
Задание. Пространство между пластинами плоского конденсатора заполняет неоднородное плохо проводящее вещество,
удельная проводимость которого изменяется в соответствии с линейным законом:
$\sigma(r)=\sigma_{1}+\frac{\sigma_{2}-\sigma_{1}}{d} r$ в направлении перпендикулярном пластинам.
Подставим найденное в (1.2) сопротивление в (1.1), получим искомую силу тока:
$I=\frac{U}{\frac{d}{S\left(\sigma_{2}-\sigma_{1}\right)} \ln \left(\frac{\sigma_{2}}{\sigma_{1}}\right)}=\frac{U S\left(\sigma_{2}-\sigma_{1}\right)}{d \cdot \ln \left(\frac{\sigma_{2}}{\sigma_{1}}\right)}$Ответ. $I=\frac{U S\left(\sigma_{2}-\sigma_{1}\right)}{d \cdot \ln \left(\frac{\sigma_{2}}{\sigma_{1}}\right)}$
Слишком сложно?
Формула закона Ома не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!
Пример
Задание. Какой будет плотность тока в металлическом проводнике (удельное сопротивление считать равным $\rho$) постоянного сечения, имеющем длину l, если напряжение, которое приложено к проводу равно U?
Решение. Плотность тока для проводника, который имеет постоянное сечение S можно найти как:
$$j=\frac{I}{S}(2.1)$$Силу тока можно вычислить, если использовать формулу Закона Ома для участка цепи не имеющего ЭДС:
$$I=\frac{U}{R}(2.2)$$Сопротивление провода найдем, применяя формулу:
$$R=\rho \frac{l}{S}(2.3)$$Подставим, необходимые величины в (2.1), получим:
$$j=\frac{U}{S R}=\frac{U S}{S \rho l}$$Ответ. $j=\frac{U S}{S \rho l}$
Читать дальше: Формула мощности тока.
Формула закона Ома в физике
Содержание:
Определение и формула закона Ома
Определение
Закон был получен Омом опытным путем. Построив вольт – амперную характеристику для проводника можно увидеть, что сила тока (I),
текущего через проводник пропорциональна напряжению (U) на нем $(I \sim U)$.
Закон Ома для участка цепи
Если на рассматриваемом участке цепи, содержащей проводник, источников ЭДС нет $\left(U_{21}=\varphi_{1}-\varphi_{2}\right)$, то формула закона Ома является предельно простой:
$$I=\frac{U}{R}=\frac{\varphi_{1}-\varphi_{2}}{R}(1)$$где R – сопротивление проводника (совокупности проводников, участка цепи).
Если источник тока в участок цепи включен и характеризуется при помощи ЭДС ($\varepsilon$), то формула закона Ома преобразуется к виду:
$$I=\frac{U}{R}=\frac{\varphi_{1}-\varphi_{2}+\varepsilon}{R}(2)$$Закон Ома для замкнутой цепи
В том случае, если цепь является замкнутой, закон Ома принимает вид:
$$I=\frac{\varepsilon}{R}(3)$$где под R=Rvnesh+r
Формула закона Ома в дифференциальной форме
Все выше приведенные формулы закона Ома были представлены в интегральной форме. Этот закон можно записать в дифференциальной форме, которая характеризует электрическое состояние в точке.
$$\bar{j}=\sigma \bar{E}(4)$$где $\sigma=\frac{1}{\rho}$ – удельная проводимость, $\rho$ – удельное сопротивление, $\bar{j}$ – вектор плотности тока, $\bar{E}$ – вектор напряженности электрического поля. Векторы $\bar{j}$ и $\bar{E}$ характеризуют одну точку проводящей среды. В том случае, если среда изотропна, то $\bar{j} \uparrow \uparrow \bar{E}$.
Примеры решения задач
Пример
Задание. Пространство между пластинами плоского конденсатора заполняет неоднородное плохо проводящее вещество, удельная проводимость которого изменяется в соответствии с линейным законом: $\sigma(r)=\sigma_{1}+\frac{\sigma_{2}-\sigma_{1}}{d} r$ в направлении перпендикулярном пластинам. d – расстояние между пластинами, S – площадь пластин конденсатора. Каким будет ток через этот конденсатор, если напряжение на нем станет равно U?
Решение. Подставим найденное в (1.2) сопротивление в (1.1), получим искомую силу тока:
{d} \frac{1}{\left(\sigma_{1}+\frac{\sigma_{2}-\sigma_{1}}{d}\right.} r\right) \frac{d r}{S}=\frac{d}{S\left(\sigma_{2}-\sigma_{1}\right)}\left[\ln \left(d \sigma_{2}\right)-\ln \left(d \sigma_{1}\right)\right]= \\
=\frac{d}{S\left(\sigma_{2}-\sigma_{1}\right)} \ln \left(\frac{\sigma_{2}}{\sigma_{1}}\right)(1.2)
\end{array}
$$
Слишком сложно?
Формула закона Ома не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!
Пример
Задание. Какой будет плотность тока в металлическом проводнике (удельное сопротивление считать равным $\rho$) постоянного сечения, имеющем длину l, если напряжение, которое приложено к проводу равно U?
Решение. Плотность тока для проводника, который имеет постоянное сечение S можно найти как:
$$j=\frac{I}{S}(2.1)$$Силу тока можно вычислить, если использовать формулу Закона Ома для участка цепи не имеющего ЭДС:
$$I=\frac{U}{R}(2.2)$$Сопротивление провода найдем, применяя формулу:
$$R=\rho \frac{l}{S}(2.3)$$Подставим, необходимые величины в (2.1), получим:
$$j=\frac{U}{S R}=\frac{U S}{S \rho l}$$Ответ. $j=\frac{U S}{S \rho l}$
Читать дальше: Формула мощности тока.
Формула закона Ома в физике
Содержание:
Определение и формула закона Ома
Определение
Закон был получен Омом опытным путем. Построив вольт – амперную характеристику для проводника можно увидеть, что сила тока (I),
текущего через проводник пропорциональна напряжению (U) на нем $(I \sim U)$.
Закон Ома для участка цепи
Если на рассматриваемом участке цепи, содержащей проводник, источников ЭДС нет $\left(U_{21}=\varphi_{1}-\varphi_{2}\right)$, то формула закона Ома является предельно простой:
$$I=\frac{U}{R}=\frac{\varphi_{1}-\varphi_{2}}{R}(1)$$где R – сопротивление проводника (совокупности проводников, участка цепи).
Если источник тока в участок цепи включен и характеризуется при помощи ЭДС ($\varepsilon$), то формула закона Ома преобразуется к виду:
$$I=\frac{U}{R}=\frac{\varphi_{1}-\varphi_{2}+\varepsilon}{R}(2)$$Закон Ома для замкнутой цепи
где под R=Rvnesh+rist понимают полное сопротивление цепи, которое включает так называемое внешнее сопротивление (Rvnesh) и сопротивление источника ЭДС (rist).
Формула закона Ома в дифференциальной форме
Все выше приведенные формулы закона Ома были представлены в интегральной форме. Этот закон можно записать в дифференциальной форме, которая характеризует электрическое состояние в точке.
$$\bar{j}=\sigma \bar{E}(4)$$где $\sigma=\frac{1}{\rho}$ – удельная проводимость, $\rho$ – удельное сопротивление, $\bar{j}$ – вектор плотности тока, $\bar{E}$ – вектор напряженности электрического поля. Векторы $\bar{j}$ и $\bar{E}$ характеризуют одну точку проводящей среды. В том случае, если среда изотропна, то $\bar{j} \uparrow \uparrow \bar{E}$.
Примеры решения задач
Пример
Задание. Пространство между пластинами плоского конденсатора заполняет неоднородное плохо проводящее вещество, удельная проводимость которого изменяется в соответствии с линейным законом: $\sigma(r)=\sigma_{1}+\frac{\sigma_{2}-\sigma_{1}}{d} r$ в направлении перпендикулярном пластинам. d – расстояние между пластинами, S – площадь пластин конденсатора. Каким будет ток через этот конденсатор, если напряжение на нем станет равно U?
Решение. Подставим найденное в (1.2) сопротивление в (1.1), получим искомую силу тока:
{d} \frac{1}{\left(\sigma_{1}+\frac{\sigma_{2}-\sigma_{1}}{d}\right.} r\right) \frac{d r}{S}=\frac{d}{S\left(\sigma_{2}-\sigma_{1}\right)}\left[\ln \left(d \sigma_{2}\right)-\ln \left(d \sigma_{1}\right)\right]= \\
=\frac{d}{S\left(\sigma_{2}-\sigma_{1}\right)} \ln \left(\frac{\sigma_{2}}{\sigma_{1}}\right)(1.2)
\end{array}
$$
Слишком сложно?
Формула закона Ома не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!
Пример
Задание. Какой будет плотность тока в металлическом проводнике (удельное сопротивление считать равным $\rho$) постоянного сечения, имеющем длину l, если напряжение, которое приложено к проводу равно U?
Решение. Плотность тока для проводника, который имеет постоянное сечение S можно найти как:
$$j=\frac{I}{S}(2.1)$$Силу тока можно вычислить, если использовать формулу Закона Ома для участка цепи не имеющего ЭДС:
$$I=\frac{U}{R}(2.2)$$Сопротивление провода найдем, применяя формулу:
$$R=\rho \frac{l}{S}(2.3)$$Подставим, необходимые величины в (2.1), получим:
$$j=\frac{U}{S R}=\frac{U S}{S \rho l}$$Ответ. $j=\frac{U S}{S \rho l}$
Читать дальше: Формула мощности тока.
Закон Ома | Физика
В предыдущих параграфах были рассмотрены три величины, характеризующие протекание электрического тока в цепи,— сила тока I, напряжение U и сопротивление R. Между этими величинами существует определенная связь. Закон, выражающий эту связь, был установлен в 1827 г.
немецким ученым Г. Омом и поэтому носит его имя.
Выделим в произвольной электрической цепи участок, обладающий сопротивлением R и находящийся под напряжением U (рис. 37). Согласно закону Ома:
Сила тока на участке цепи равна отношению напряжения на этом участке к его сопротивлению.
Математически закон Ома записывается в виде следующей формулы:
I = U/R (14.1)
Закон Ома позволяет установить, что будет происходить с силой тока на участке цепи при изменении его сопротивления или напряжения.
1. При неизменном сопротивлении сила тока прямо пропорциональна напряжению: чем больше напряжение U на концах участка цепи, тем больше сила тока I на этом участке. Увеличив (или уменьшив) напряжение в несколько раз, мы во столько же раз увеличим (или уменьшим) силу тока.
Проиллюстрируем эту закономерность на опыте. Соберем электрическую цепь из источника тока, лампы, амперметра и ключа (рис. 38, а). В качестве источника тока будем использовать устройство, позволяющее регулировать выходное напряжение от 4 до 12 В. Измеряя силу тока в цепи при разных напряжениях, можно убедиться в том, что она действительно пропорциональна напряжению.
2. При неизменном напряжении сила тока обратно пропорциональна сопротивлению: чем больше сопротивление R участка цепи, тем меньше сила тока I в нем.
Для проверки этой закономерности заменим в используемой цепи лампу на магазин сопротивлений (рис. 38, б). Измеряя силу тока при разных сопротивлениях, мы увидим, что сила тока I и сопротивление R действительно находятся в обратно пропорциональной зависимости.
При уменьшении сопротивления сила тока возрастает. Если сила тока превысит допустимое для данной цепи значение, включенные в нее приборы могут выйти из строя; провода при этом могут раскалиться и стать причиной пожара. Именно такая ситуация возникает при коротком замыкании. Так называют соединение двух точек электрической цепи, находящихся под некоторым напряжением, коротким проводником, обладающим очень малым сопротивлением.
Короткое замыкание может возникнуть при соприкосновении оголенных проводов, при небрежном ремонте проводки под током, при большом скоплении пыли на монтажных платах и даже при случайном попадании какого-нибудь насекомого внутрь прибора.
На законе Ома основан экспериментальный способ определения сопротивления. Из формулы (14.1) следует, что
R = U/I (14.2)
Поэтому для нахождения сопротивления R участка цепи надо измерить на нем напряжение U, затем силу тока I, после чего разделить первую из этих величин на вторую. Соответствующая этому схема цепи изображена на рисунке 39.
Если, наоборот, известны сопротивление R и сила тока I на участке цепи, то закон Ома позволяет рассчитать напряжение U на его концах. Из формулы (14.1) получаем
U = IR (14.3)
Чтобы найти напряжение U на концах участка цепи, надо силу тока I на этом участке умножить на его сопротивление R.
Опубликовав книгу, в которой излагался открытый им закон «Теоретические исследования электрических цепей», Георг Ом написал, что «рекомендует ее добрым людям с теплым чувством отца, не ослепленного обезьяньей любовью к детям, но довольствующегося указанием на открытый взгляд, с которым его дитя смотрит на злой мир». Мир действительно оказался для него злым, и уже через год после выхода его книги в одном из журналов появилась статья, в которой работы Ома были подвергнуты уничтожающей критике. «Тот, кто благоговейными глазами взирает на вселенную,— говорилось в статье,— должен отвернуться от этой книги, являющейся плодом неисправимых заблуждений, преследующих единственную цель — умалить величие природы».
Злобные и безосновательные нападки на Ома не прошли бесследно. Теорию Ома не приняли. И вместо продолжения научных исследований он должен был тратить время и энергию на полемику со своими оппонентами. В одном из своих писем Ом написал: «Рождение «Электрических цепей» принесло мне невыразимые страдания, и я готов проклясть час их зарождения».
Но это были временные трудности. Постепенно, сначала в России, а затем и в других странах, теория Ома получила полное признание. Закон Ома внес такую ясность в правила расчета токов и напряжений в электрических цепях, что американский ученый Дж. Генри, узнав об открытиях Ома, не удержался от восклицания: «Когда я первый раз прочел теорию Ома, то она мне показалась молнией, вдруг осветившей комнату, погруженную во мрак».
??? 1. Сформулируйте закон Ома. 2. Как изменится сила тока на участке цепи, если при неизменном сопротивлении увеличить напряжение на его концах? 3. Как изменится сила тока, если при неизменном напряжении увеличить сопротивление участка цепи? 4. Как с помощью вольтметра и амперметра можно измерить сопротивление проводника? 5. По какой формуле находится напряжение, если известны сила тока и сопротивление данного участка? 6. Что называют коротким замыканием? Почему при этом увеличивается сила тока? 7. Объясните причину короткого замыкания в ситуациях, изображенных на рисунке 40.
Физика 8 класс. Закон Ома для участка цепи :: Класс!ная физика
Физика 8 класс. ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ
Эта зависимость получила название “закон Ома для участка цепи “, т.к. именно Георгу Ому в 1827 г. впервые удалось экспериментально установить зависимость между силой тока, напряжением и сопротивлением.
Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.
ИНТЕРЕСНО !
Когда немецкий электротехник Георг Симон См положил на стол ректора Берлинского университета свою диссертацию, где впервые был сформулирован этот закон, без которого невозможен
ни один электротехнический расчет, он получил весьма резкую резолюцию. В ней говорилось,
что электричество не поддается никакому математическом описанию, так как электричество
– это собственный гнев, собственное бушевание тела, его гневное Я, которое проявляется в каждом теле, когда его раздражают.
Ректором Берлинского университета был в те годы
Георг Вильгельм Фридрих Гегель.
___
Имя Ома увековечено не только открытым им законом. В 1881 г. на Электротехническом съезде в Париже было утверждено название единицы сопротивления «Ом». Далеко не всем известно, что одному из кратеров на обратной стороне Луны присвоено имя Ома, наряду с именами таких великих физиков, как Планк, Лоренц, Ландау, Курчатов.
ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ ?
В 1833 г. Георг Ом был уже известен в Германии, и являлся профессором политехнической школы
в Нюрнберге. Однако во Франции и Англии работы Ома оставались неизвестными. Через 10 лет
после появления “закона Ома” один французский физик на основе экспериментов пришел
к таким же выводам. Но ему было указано, что установленный им закон еще в 1827 г. был открыт Омом. Оказывается, что французские школьники и поныне изучают закон Ома под другим именем
– для них это закон Пулье.
ЗАПОМНИ !
А знаешь, как, работая с формулой закона Ома,
легко написать формулу для любой входящей величины ?
С помощью треугольника!
Устали? – Отдыхаем!
Закон Ома в физике
Закон Ома – это важнейший закон электрического тока. Данный закон носит имя немецкого физика Георга Ома.
Закон Ома для участка цепи
Если измерить одновременно напряжение на концах проводника (U) и силу тока (I), который течет через него, то будет получено: сила тока на участке проводника пропорциональна напряжению между концами избранного участка. В математической записи данный закон имеет вид:
где R — электрическое сопротивление проводника (сопротивление). Часто закон Ома для участка цепи записывают как:
Выражения (1) и (2) отображают то факт, что при установленном напряжении на концах проводников, имеющих разные сопротивления, сила тока будет уменьшаться с ростом сопротивления (R).
Это обозначает, что рост сопротивления проводника — это то же самое, что увеличение помех, испытываемых носителями заряда при движении по проводнику под воздействием напряжения. Формулы (1) и (2) — это выражения закона Ома для участка цепи не содержащего источник напряжения (однородного участка).
Для неоднородного участка цепи закон Ома трансформируется в выражение вида:
гдеразность потенциалов начала и конца участка цепи; — электродвижущая сила источника тока; —сопротивление рассматриваемого участка цепи. Если выбор положительного ЭДС совпадает с направлением движения положительных зарядов, то считают большей нуля.
Закон Ома справедлив, когда сопротивление является постоянным для рассматриваемого проводника, то есть не зависит от приложенного напряжения и силы тока. К таким проводникам относят металлы, уголь, электролиты. Для ионизированных газов закон Ома в виде (1,2) можно применять только при малых напряжениях, которые не влияют на сопротивление вещества.
Закон Ома для замкнутой цепи, имеющей источник тока
Для замкнутой цепи с источником тока закон Ома записывают как:
где — сопротивление источника тока, R- внешнее сопротивление цепи.
Закон Ома в дифференциальной форме
Если трубки тока являются цилиндрами с постоянной площадью сечения (S), что закон Ома используют в виде (1) или (2), а сопротивление рассчитывают как:
где — удельное сопротивление вещества, — длина проводника. Если форма проводника отличается от цилиндрической, то выражение (5) для расчёта сопротивления часто применять нельзя. Тогда Закон Ома используют в дифференциальной форме:
где — вектор плотности тока; — удельная проводимость вещества; — вектор напряженности поля в точке рассмотрения. Если вещество является однородным и изотропным, то поле внутри проводящего вещества при наличии тока в большинстве случаев совпадает с электростатическим полем.
Это приводит к тому, что в таком проводнике линии напряженности совпадают линиями тока.
Говорят, что выражение (6) характеризует электрическое состояние вещества в точке. Выражение закона Ома в виде (1) — называют интегральным, в отличие от формулы (6).
Примеры решения задач
Закон Ома для участка цепи | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко
Закон Ома для однородного участка электрической цепи кажется довольно простым: сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению:
I = U / R,
где I —сила тока в участке цепи; U — напряжение на этом участке; R — сопротивление участка.
После известных опытов Эрстеда, Ампера, Фарадея возник вопрос: как зависит ток от рода и характеристик источника тока, от природы и характеристик проводника, в котором существует ток. Попытки установить такую зависимость удались лишь в 1826—1827 гг. немецкому физику, учителю математики и физики Георгу Симону Ому (1787—1854). Он разработал установку, в которой в значительной степени можно было устранить внешние влияния на источник тока, исследуемые проводники и т. п. Следует также иметь в виду: для многих веществ, которые проводят электрический ток, закон Ома вообще не выполняется (полупроводники, электролиты). Металлические же проводники при нагревании увеличивают свое сопротивление.
Ом (Ohm) Георг Симон (1787—1854) — немецкий физик, учитель математики и физики, член-корреспондент Берлинской АН (1839). С 1833 г. профессор и с 1839 г. ректор Нюрнбергской высшей политехнической школы, в 1849—1852 гг.— профессор Мюнхенского университета. Открыл законы, названные его именем, для однородного участка цепи и для полной цепи, ввел понятие электродвижущей силы, падения напряжения, электрической проводимости.
В 1830 г. произвел первые измерения электродвижущей силы источника тока.
В формулу закона Ома для однородного участка цепи входит напряжение U, которое измеряется работой, выполняемой при перенесении заряда в одну единицу в данном участке цепи:
U = A / q,
где A — работа в джоулях (Дж), заряд q — в кулонах (Кл), а напряжение U — в вольтах (В).
Из формулы для закона Ома можно легко определить значение сопротивления для участка цепи:
R = U / I.
Если напряжение определено в вольтах, а сила тока — в амперах, то значение сопротивления получается в омах (Ом):
Ом = В/А.
На практике часто используются меньшие или большие единицы для измерения сопротивления: миллиом (1мОм = 10 Ом), килоом (1кОм = 103 Ом), мегаом (1МОм = 106 Ом) и т. п. Материал с сайта http://worldofschool.ru
Закон Ома для однородного участка цепи можно выразить через плотность тока и напряженность электрического поля в нем. В самом деле, с одной стороны, I = jS, а с другой — I = (φ1 — φ2) / R = –Δφ / R. Если имеем однородный проводник, то и напряженность электрического поля в нем будет одинаковой и равной E = –Δφ / l. Вместо R подставляем его значение ρ • l / S и получаем:
j = –Δφ / ρl = (-1 / ρ) • (Δφ / l) = (1 / ρ) • E = σE.
Учитывая, что плотность тока j̅ и напряженность поля E̅ — величины векторные, имеем закон Ома в наиболее общем виде:
j̅ = σ͞E.
Это — одно из важнейших уравнений электродинамики, оно справедливо в любой точке электрического поля.
На этой странице материал по темам:Закон ома для полной цепи краткий конспект
Закон ома для участка цепи лекция
Выберите закон ома для участка цкпи
Шпаргалка “закон ома для однородного участка линейной цепи”
Краткий конспект участка земли закон ома
Какие электрические величины и как объединяет между собой закон Ома для однородного участка цепи?
Что такое электрическое напряжение?
Как определяется сопротивление проводников?
Как формулируется закон Ома для каждой точки проводника с током, который объединяет такие электрические величины: плотность тока, удельные сопротивление или электропроводимость вещества проводника и напряженность электрического поля в данной точке проводника?
закон Ома | физика | Britannica
Закон Ома , описание взаимосвязи между током, напряжением и сопротивлением. Величина постоянного тока через большое количество материалов прямо пропорциональна разности потенциалов или напряжению на материалах. Таким образом, если напряжение В (в единицах вольт) между двумя концами провода, сделанного из одного из этих материалов, утроится, ток I (амперы) также утроится; и отношение V / I остается постоянным.Частное V / I для данного куска материала называется его сопротивлением, R, , измеренным в единицах, называемых омами. Сопротивление материалов, для которых действует закон Ома, не изменяется в огромных диапазонах напряжения и тока. Математически закон Ома может быть выражен как V / I = R . То, что сопротивление или отношение напряжения к току для всей или части электрической цепи при фиксированной температуре обычно является постоянным, было установлено к 1827 году в результате исследований немецкого физика Георга Симона Ома.
Альтернативные утверждения закона Ома заключаются в том, что ток I в проводнике равен разности потенциалов В поперек проводника, деленной на сопротивление проводника, или просто I = В / R , и что разность потенциалов в проводнике равна произведению тока в проводнике и его сопротивления, В = IR . В цепи, в которой разность потенциалов или напряжение постоянна, ток можно уменьшить, добавив большее сопротивление, или увеличить, удалив некоторое сопротивление.Закон Ома также может быть выражен в терминах электродвижущей силы или напряжения E источника электроэнергии, такого как батарея. Например, I = E / R .
С изменениями закон Ома также применяется к цепям переменного тока, в которых соотношение между напряжением и током более сложное, чем для постоянного тока. Именно из-за того, что ток меняется, помимо сопротивления, возникают другие формы противодействия току, называемые реактивным сопротивлением.Комбинация сопротивления и реактивного сопротивления называется импедансом, Z. Когда полное сопротивление, эквивалентное отношению напряжения к току, в цепи переменного тока является постоянным, обычно применяется закон Ома. Например, V / I = Z .
С дальнейшими изменениями закон Ома был расширен до постоянного отношения магнитодвижущей силы к магнитному потоку в магнитной цепи.
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишись сейчасЧто такое закон Ома? | Fluke
Закон Ома – это формула, используемая для расчета взаимосвязи между напряжением, током и сопротивлением в электрической цепи.
Для изучающих электронику закон Ома (E = IR) столь же фундаментально важен, как уравнение относительности Эйнштейна (E = mc²) для физиков.
E = I x R
Когда прописано, это означает напряжение = ток x сопротивление , или вольт = амперы x ом , или В = A x Ω .
Названный в честь немецкого физика Георга Ома (1789-1854), закон Ома определяет ключевые величины, действующие в цепях:
| Количество | Закон Ома символ | Единица измерения (аббревиатура) | Роль в схемы | На случай, если вам интересно: |
|---|---|---|---|---|
| Напряжение | E | Вольт (В) | Давление, которое запускает поток электронов | E = электродвижущая сила (старая школа) |
| Ток | I | Ампер, ампер (A) | Скорость потока электронов | I = интенсивность |
| Сопротивление | R | Ом (Ом) | Ингибитор потока | Ом omega |
Если известны два из этих значений, технические специалисты могут перенастроить закон Ома, чтобы вычислить третье.Просто измените пирамиду следующим образом:
Если вы знаете напряжение (E) и ток (I) и хотите узнать сопротивление (R), вытяните крест-накрест R в пирамиде и вычислите оставшееся уравнение (см. слева, пирамида вверху).
Примечание: Сопротивление нельзя измерить в рабочей цепи, поэтому закон Ома особенно полезен, когда его нужно вычислить. Вместо того, чтобы отключать цепь для измерения сопротивления, технический специалист может определить R, используя вышеуказанный вариант закона Ома.
Теперь, если вы знаете напряжение (E) и сопротивление (R) и хотите узнать ток (I), вытяните X-I и вычислите оставшиеся два символа (см. Среднюю пирамиду выше).
И если вы знаете ток (I) и сопротивление (R) и хотите знать напряжение (E), умножьте нижние половины пирамиды (см. Третью или крайнюю правую пирамиду выше).
Попробуйте несколько примеров расчетов на основе простой последовательной схемы, которая включает только один источник напряжения (аккумулятор) и сопротивление (свет).
В каждом примере известны два значения. Используйте закон Ома, чтобы вычислить третье.
Пример 1: Напряжение (E) и сопротивление (R) известны.
Какой ток в цепи?
I = E / R = 12 В / 6 Ом = 2 А
Пример 2: Напряжение (E) и ток (I) известны.
Какое сопротивление создает лампа?
R = E / I = 24 В / 6 A = 4 Ом
Пример 3: Ток (I) и сопротивление (R) известны. Какое напряжение?
Какое напряжение в цепи?
E = I x R = (5A) (8Ω) = 40 В
Когда Ом опубликовал свою формулу в 1827 году, его ключевой вывод заключался в том, что величина электрического тока, протекающего через проводник, прямо пропорциональна приложенному напряжению. в теме.Другими словами, требуется один вольт давления, чтобы протолкнуть один ампер тока через один ом сопротивления.
Что проверять с помощью закона Ома
Закон Ома можно использовать для проверки статических значений компонентов схемы, уровней тока, источников напряжения и падений напряжения. Если, например, измерительный прибор обнаруживает значение тока, превышающее нормальный, это может означать, что сопротивление уменьшилось или что напряжение увеличилось, вызывая ситуацию высокого напряжения. Это может указывать на проблему с питанием или цепью.
В цепях постоянного тока (dc) измерение тока ниже нормального может означать, что напряжение уменьшилось или сопротивление цепи увеличилось. Возможные причины повышенного сопротивления – плохие или неплотные соединения, коррозия и / или поврежденные компоненты.
Нагрузки в цепи потребляют электрический ток. Нагрузки могут быть любыми компонентами: небольшими электрическими устройствами, компьютерами, бытовой техникой или большим двигателем. На большинстве этих компонентов (нагрузок) есть паспортная табличка или информационная наклейка.На этих паспортных табличках указаны сертификаты безопасности и несколько ссылочных номеров.
Технические специалисты обращаются к заводским табличкам на компонентах, чтобы узнать стандартные значения напряжения и тока. Во время тестирования, если технические специалисты обнаруживают, что обычные значения не регистрируются на их цифровых мультиметрах или токоизмерительных клещах, они могут использовать закон Ома, чтобы определить, какая часть цепи дает сбой, и, исходя из этого, определить, в чем может заключаться проблема.
Основы науки о схемах
Цепи, как и вся материя, состоят из атомов.Атомы состоят из субатомных частиц:
- Протоны (с положительным электрическим зарядом)
- Нейтроны (без заряда)
- Электроны (с отрицательным зарядом)
Атомы остаются связанными силами притяжения между ядром атома и электронами в его внешняя оболочка. Под воздействием напряжения атомы в цепи начинают преобразовываться, и их компоненты проявляют потенциал притяжения, известный как разность потенциалов. Взаимно привлеченные свободные электроны движутся к протонам, создавая поток электронов (ток).Любой материал в цепи, ограничивающий этот поток, считается сопротивлением.
Ссылка: Принципы цифрового мультиметра Глена А. Мазура, American Technical Publishers.
Статьи по теме
9.5: Закон Ома – Физика LibreTexts
До сих пор в этой главе мы обсуждали три электрических свойства: ток, напряжение и сопротивление. Оказывается, 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) был первым, кто экспериментально продемонстрировал, что ток в металлической проволоке прямо пропорционален приложенному напряжению :
\ [I \ propto V.
\]
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, которые подчиняются 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 неомический 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. Похожий эксперимент показан на рисунке \ (\ PageIndex {1} \). 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).
Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): 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 рисунке \ (\ PageIndex {1a} \), 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 \ (\ PageIndex {2} \).
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 :
.\ [V = IR \ label {Ohms} \]
, где В – напряжение, измеренное в вольтах на рассматриваемом объекте, I – ток, измеренный через объект в амперах, а R – сопротивление в единицах Ом.oC \) при нагревании резистора какой ток через резистор?
Стратегия
(а) Сопротивление можно найти по закону Ома. Закон Ома гласит, что \ (V = IR \), поэтому сопротивление можно найти с помощью \ (R = V / I \).
(b) Во-первых, сопротивление зависит от температуры, поэтому новое сопротивление после нагрева резистора можно найти с помощью \ (R = R_0 (1 + \ alpha \ Delta T) \). Ток можно найти с помощью закона Ома в виде \ (I = V / R \).
Решение
- Использование закона Ома и решение для сопротивления дает сопротивление при комнатной температуре: \ [R = \ dfrac {V} {I} = \ dfrac {9.oC \) 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.Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)
Напряжение, подаваемое в ваш дом, изменяется как \ (V (t) = V_ {max} sin \, (2 \ pi \, ft) \). Если к этому напряжению подключить резистор, будет ли по-прежнему действовать закон Ома \ (V = IR \)?
- Ответ
Да, закон Ома все еще в силе.В каждый момент времени ток равен \ (I (t) = V (t) / R \), поэтому ток также является функцией времени, \ (I (t) = \ dfrac {V_ {max} } {R} \, sin \, (2 \ pi \, ft) \).
Моделирование: PhET
Посмотрите, как закон Ома (Equation \ ref {Ohms}) 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.
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 \ (\ PageIndex {3} \). Хотя мы не рассматриваем теорию диода в этом разделе, диод можно протестировать, чтобы определить, является ли он омическим или неомическим устройством.
Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): 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 рисунке \ (\ PageIndex {4} \). Обратите внимание, что поведение диода показано как зависимость тока от напряжения, тогда как работа резистора показана как зависимость напряжения от тока.
Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): 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. 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 чрезвычайно 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. 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 \ (\ PageIndex {4} \) видно, что напряжение и ток не имеют линейной зависимости. Таким образом, диод является примером безомного устройства.Закон Ома обычно формулируется как \ (V = IR \), но первоначально он был заявлен как микроскопический вид, в с точки зрения плотности тока, проводимости и электрического поля. Этот микроскопический взгляд предполагает, что пропорциональность \ (V \ propto I \) происходит от скорости дрейфа 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.
19,1 Закон Ома – Физика
Постоянный и переменный ток
Так же, как вода течет с большой высоты на низкую, электроны, которые могут свободно перемещаться, будут перемещаться из места с низким потенциалом в место с высоким потенциалом.
Батарея имеет две клеммы с разным потенциалом. Если клеммы соединены проводом, электрический ток (заряды) будет течь, как показано на рисунке 19.2. Электроны будут перемещаться от низкопотенциальной клеммы батареи (отрицательный конец ) по проводу и попадут в высокопотенциальную клемму батареи (положительный конец ).Рис. 19.2 У батареи есть провод, соединяющий положительную и отрицательную клеммы, который позволяет электронам перемещаться от отрицательной клеммы к положительной.
Поддержка учителя
Поддержка учителя
Подчеркните, что электроны движутся от отрицательной клеммы к положительной, потому что они несут отрицательный заряд, поэтому они отталкиваются кулоновской силой от отрицательной клеммы.
Электрический ток – это скорость движения электрического заряда. Большой ток, такой как тот, который используется для запуска двигателя грузовика, перемещает большое количество очень быстро, тогда как небольшой ток, такой как тот, который используется для работы портативного калькулятора, перемещает небольшое количество заряда медленнее. В форме уравнения электрический ток I определяется как
, где ΔQΔQ – это количество заряда, которое проходит через заданную область, а ΔtΔt – время, за которое заряд проходит мимо этой области.Единицей измерения электрического тока в системе СИ является ампер (А), названный в честь французского физика Андре-Мари Ампера (1775–1836). Один ампер – это один кулон в секунду, или
Электрический ток, движущийся по проволоке, во многом похож на ток воды, движущийся по трубе. Чтобы определить поток воды через трубу, мы можем подсчитать количество молекул воды, которые проходят мимо данного участка трубы. Как показано на рисунке 19.3, электрический ток очень похож. Считаем количество электрических зарядов, протекающих по участку проводника; в данном случае провод.
Рис. 19.3 Электрический ток, движущийся по этому проводу, представляет собой заряд, который проходит через поперечное сечение A, деленный на время, необходимое этому заряду, чтобы пройти через участок A .
Поддержка учителя
Поддержка учителя
Обратите внимание на то, что носители заряда на этом рисунке положительны, поэтому они движутся в том же направлении, что и электрический ток.
Предположим, что каждая частица q на рисунке 19.3 несет заряд q = 1nCq = 1nC, и в этом случае общий заряд будет равен ΔQ = 5q = 5nCΔQ = 5q = 5nC.Если эти заряды пройдут область A за время Δt = 1 нсΔt = 1 нс, то ток будет
I = ΔQΔt = 5nC1ns = 5A.I = ΔQΔt = 5nC1ns = 5A.19,1
Обратите внимание, что мы присвоили зарядам на рис. 19.3 положительный заряд. Обычно отрицательные заряды – электроны – являются подвижным зарядом в проводах, как показано на рисунке 19.2. Положительные заряды обычно застревают в твердых телах и не могут свободно перемещаться. Однако, поскольку положительный ток, движущийся вправо, аналогичен отрицательному току такой же величины, движущемуся влево, как показано на рисунке 19.4 мы определяем, что обычный ток течет в том направлении, в котором протекал бы положительный заряд, если бы он мог двигаться. Таким образом, если не указано иное, предполагается, что электрический ток состоит из положительных зарядов.
Также обратите внимание, что один кулон – это значительная величина электрического заряда, поэтому 5 А – это очень большой ток. Чаще всего вы увидите ток порядка миллиампер (мА).
Рис. 19.4 (a) Электрическое поле направлено вправо, ток движется вправо, а положительные заряды движутся вправо.(б) Эквивалентная ситуация, но с отрицательными зарядами, движущимися влево. Электрическое поле и ток по-прежнему справа.
Поддержка учителя
Поддержка учителя
Укажите, что электрическое поле одинаково в обоих случаях, и что ток направлен в направлении электрического поля.
Предупреждение о заблуждении
Убедитесь, что учащиеся понимают, что ток равен , определяя как направление, в котором будет течь положительный заряд, даже если электроны чаще всего являются мобильными носителями заряда.Математически результат один и тот же, независимо от того, предполагаем ли мы положительный заряд в одну сторону или отрицательный заряд в противоположном направлении. Однако физически ситуация совершенно иная (хотя разница уменьшается после определения отверстий).
Snap Lab
Vegetable Current
Эта лабораторная работа помогает студентам понять, как работает ток. Учитывая, что частицы, заключенные в трубе, не могут занимать одно и то же пространство, толкание большего количества частиц в один конец трубы приведет к вытеснению того же количества частиц из противоположного конца.Это создает поток частиц.
Найдите солому и сушеный горох, которые могут свободно перемещаться в соломе. Положите соломинку на стол и засыпьте ее горошком. Когда вы вставляете одну горошину с одного конца, другая горошина должна выходить из другого конца. Эта демонстрация представляет собой модель электрического тока. Определите часть модели, которая представляет электроны, и часть модели, которая представляет собой подачу электроэнергии. В течение 30 секунд подсчитайте, сколько горошин вы можете протолкнуть через соломинку.Когда закончите, вычислите горох, текущий , разделив количество горошин на время в секундах.
Обратите внимание, что поток гороха основан на том, что горох физически сталкивается друг с другом; электроны толкают друг друга за счет взаимно отталкивающих электростатических сил.
Проверка захвата
Предположим, у вас есть резервуар с горохом, каждый заправлен до 1 нКл. Если вы пропустите горошек через соломинку со скоростью четыре горошины в секунду, как бы вы рассчитали электрический ток, переносимый заряженным горошком?
- Измерьте длину соломинки, затем разделите на расход гороха и умножьте на расход на горошину.
- Умножьте расход гороха на расход гороха.
- Измерьте длину соломинки, затем умножьте на скорость потока гороха и разделите на количество заряда на горошину.
- Разделите скорость потока гороха на расход на горох.
Направление обычного тока – это направление, в котором течет положительный заряд . В зависимости от ситуации могут перемещаться положительные заряды, отрицательные заряды или и то, и другое.В металлических проводах, как мы видели, ток переносится электронами, поэтому отрицательные заряды движутся. В ионных растворах, таких как соленая вода, движутся как положительно заряженные, так и отрицательно заряженные ионы. То же самое и с нервными клетками. Чистые положительные токи относительно редки, но встречаются. История отмечает, что американский политик и ученый Бенджамин Франклин описал ток как направление, в котором положительные заряды проходят через провод. Он назвал тип заряда, связанный с электронами, отрицательным задолго до того, как стало известно, что они переносят ток во многих ситуациях.
Когда электроны движутся по металлической проволоке, они сталкиваются с препятствиями, такими как другие электроны, атомы, примеси и т. Д. Электроны рассеиваются от этих препятствий, как показано на рисунке 19.5. Обычно электроны теряют энергию при каждом взаимодействии. Таким образом, чтобы электроны двигались, требуется сила, создаваемая электрическим полем. Электрическое поле в проводе направлено от конца провода с более высоким потенциалом к концу провода с более низким потенциалом. Электроны, несущие отрицательный заряд, движутся в среднем (или дрейф ) в направлении, противоположном электрическому полю, как показано на рисунке 19.5.
Рис. 19.5. Свободные электроны, движущиеся в проводнике, совершают множество столкновений с другими электронами и атомами.
Показан путь одного электрона. Средняя скорость свободных электронов находится в направлении, противоположном электрическому полю. Столкновения обычно передают энергию проводнику, поэтому для поддержания постоянного тока требуется постоянный запас энергии.До сих пор мы обсуждали ток, который постоянно движется в одном направлении. Это называется постоянным током, потому что электрический заряд течет только в одном направлении.Постоянный ток часто называют током DC .
Многие источники электроэнергии, такие как плотина гидроэлектростанции, показанная в начале этой главы, вырабатывают переменный ток, направление которого меняется взад и вперед. Переменный ток часто называют Переменный ток . Переменный ток перемещается вперед и назад через равные промежутки времени, как показано на рисунке 19.6. Переменный ток, который исходит из обычной розетки, не меняет направление внезапно.Скорее, он плавно увеличивается до максимального тока, а затем плавно уменьшается до нуля. Затем он снова растет, но в противоположном направлении, пока не достигнет того же максимального значения. После этого он плавно уменьшается до нуля, и цикл начинается снова.
Рисунок 19.6 При переменном токе направление тока меняется на противоположное через равные промежутки времени. График вверху показывает зависимость тока от времени. Отрицательные максимумы соответствуют движению тока влево.Положительные максимумы соответствуют току, движущемуся вправо. Ток регулярно и плавно чередуется между этими двумя максимумами.
Поддержка учителей
Поддержка учителей
Помогите ученикам интерпретировать график, подчеркнув, что ток не меняет направление мгновенно, а плавно переходит от одного максимума к противоположному и обратно. Объясните, что четыре изображения внизу показывают ток в соответствующих максимумах. Обратите внимание, что для упрощения интерпретации операторы мобильной связи на изображении считаются положительными.
Устройства, использующие переменный ток, включают пылесосы, вентиляторы, электроинструменты, фены и многие другие. Эти устройства получают необходимую мощность, когда вы подключаете их к розетке. Настенная розетка подключена к электросети, которая обеспечивает переменный потенциал (потенциал переменного тока). Когда ваше устройство подключено к сети, потенциал переменного тока толкает заряды вперед и назад в цепи устройства, создавая переменный ток.
Однако во многих устройствах используется постоянный ток, например в компьютерах, сотовых телефонах, фонариках и автомобилях.Одним из источников постоянного тока является аккумулятор, который обеспечивает постоянный потенциал (потенциал постоянного тока) между своими выводами. Когда ваше устройство подключено к батарее, потенциал постоянного тока толкает заряд в одном направлении через цепь вашего устройства, создавая постоянный ток. Другой способ получения постоянного тока – использование трансформатора, который преобразует переменный потенциал в постоянный. Небольшие трансформаторы, которые вы можете подключить к розетке, используются для зарядки вашего ноутбука, мобильного телефона или другого электронного устройства. Люди обычно называют это зарядным устройством или батареей , но это трансформатор, который преобразует переменное напряжение в постоянное.В следующий раз, когда кто-то попросит одолжить зарядное устройство для ноутбука, скажите им, что у вас нет зарядного устройства для ноутбука, но они могут одолжить ваш преобразователь.
Рабочий пример
Ток при ударе молнии
Удар молнии может передать до 10201020 электронов из облака на землю. Если удар длится 2 мс, каков средний электрический ток в молнии?
Стратегия
Используйте определение тока, I = ΔQΔtI = ΔQΔt. Заряд ΔQΔQ из 10201020 электронов ΔQ = neΔQ = ne, где n = 1020n = 1020 – количество электронов, а e = −1.
ΔQ = 1020 × (-1,60 × 10-19 ° C) = -16,0 ° C. ΔQ = 1020 × (-1,60 × 10-19 ° C) = -16,0 ° C. 60 · 10−19Ce = −1.60 · 10−19C – заряд электрона. Это дает19,2
Время Δt = 2 × 10–3 с Δt = 2 × 10–3 с – это продолжительность удара молнии.
Решение
Ток в ударе молнии
I = ΔQΔt = −16,0C2 × 10−3s = −8kA.I = ΔQΔt = −16,0C2 × 10−3s = −8kA.19,3
Обсуждение
Отрицательный знак отражает тот факт, что электроны несут отрицательный заряд.Таким образом, хотя электроны текут от облака к земле, положительный ток должен течь от земли к облаку.
Рабочий пример
Средний ток для заряда конденсатора
В цепи, содержащей конденсатор и резистор, зарядка конденсатора емкостью 16 мкФ с использованием батареи 9 В. занимает 1 мин. Какой средний ток в это время?
Стратегия
Мы можем определить заряд конденсатора, используя определение емкости: C = QVC = QV.Когда конденсатор заряжается батареей 9 В, напряжение на конденсаторе будет V = 9VV = 9V. Это дает заряд
Подставляя это выражение для заряда в уравнение для тока, I = ΔQΔtI = ΔQΔt, мы можем найти средний ток.
Решение
Средний ток
I = ΔQΔt = CVΔt = (16 × 10−6F) (9V) 60s = 2,4 × 10−6A = 2,4 мкА I = ΔQΔt = CVΔt = (16 × 10−6F) (9V) 60s = 2,4 × 10−6A = 2,4 мкА.19,5
Обсуждение
Этот небольшой ток типичен для тока, встречающегося в таких цепях.
Сопротивление и закон Ома
Как упоминалось ранее, электрический ток в проводе во многом похож на воду, текущую по трубе. На поток воды, который может течь по трубе, влияют препятствия в трубе, такие как засорения и узкие участки в трубе. Эти препятствия замедляют ток через трубу. Точно так же электрический ток в проводе может замедляться многими факторами, включая примеси в металле провода или столкновения между зарядами в материале.
Эти факторы создают сопротивление электрическому току. Сопротивление – это описание того, насколько провод или другой электрический компонент препятствует прохождению через него заряда.
В XIX веке немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) экспериментально обнаружил, что ток через проводник пропорционален падению напряжения на проводнике с током.Константа пропорциональности – это сопротивление материала R , что приводит к
Это соотношение называется законом Ома.Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, в которой напряжение является причиной, а ток – следствием. Закон Ома – это эмпирический закон, подобный закону трения, что означает, что это экспериментально наблюдаемое явление. Единицы сопротивления – вольт на ампер или В / А. Мы называем V / A Ом , что обозначается заглавной греческой буквой омега (ΩΩ). Таким образом,
1 Ом = 1 В / А (1,4). 1 Ом = 1 В / А (1,4). ЗаконОма справедлив для большинства материалов и при обычных температурах. При очень низких температурах сопротивление может упасть до нуля (сверхпроводимость).При очень высоких температурах тепловое движение атомов в материале препятствует потоку электронов, увеличивая сопротивление. Многие вещества, для которых действует закон Ома, называются омическими. Омические материалы включают в себя хорошие проводники, такие как медь, алюминий и серебро, а также некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах. Сопротивление омических материалов остается практически неизменным в широком диапазоне напряжения и тока.
Watch Physics
Знакомство с электричеством, цепями, током и сопротивлением
В этом видео представлен закон Ома и показана простая электрическая схема.Говорящий использует аналогию с давлением, чтобы описать, как электрический потенциал заставляет заряд двигаться. Он называет электрический потенциал электрическим давлением .
Другой способ размышления об электрическом потенциале – это представить, что множество частиц одного знака скопилось в небольшом замкнутом пространстве. Поскольку эти заряды имеют одинаковый знак (все они положительные или все отрицательные), каждый заряд отталкивает другие вокруг себя. Это означает, что множество зарядов постоянно выталкивается за пределы пространства.Полная электрическая цепь подобна открытию двери в небольшом пространстве: какие бы частицы ни толкали к двери, теперь у них есть способ убежать. Чем выше электрический потенциал, тем сильнее каждая частица толкает друг друга.Проверка захвата
Если вместо одного резистора R на схеме, показанной в видео, нарисовать два резистора с сопротивлением R каждый, что вы можете сказать о токе, протекающем в цепи?
- Сила тока в цепи должна уменьшиться вдвое.
- Количество тока в цепи должно увеличиться вдвое.
- Ток в цепи должен оставаться неизменным.
- Количество тока в цепи будет удвоено.
Виртуальная физика
Закон Ома
Это моделирование имитирует простую схему с батареями, обеспечивающими источник напряжения, и резистором, подключенным к батареям.Посмотрите, как на ток влияет изменение сопротивления и / или напряжения. Обратите внимание, что сопротивление моделируется как элемент, содержащий малых рассеивающих центров . Они представляют собой загрязнения или другие препятствия, препятствующие прохождению тока.
Проверка захвата
В цепи, если сопротивление оставить постоянным, а напряжение удвоить (например, с 3 В до 6 В), как изменится ток? Соответствует ли это закону Ома?
- Сила тока удвоится.Это соответствует закону Ома, поскольку ток пропорционален напряжению.
- Ток удвоится. Это не соответствует закону Ома, поскольку сила тока пропорциональна напряжению.
- Ток увеличится вдвое. Это соответствует закону Ома, поскольку ток пропорционален напряжению.
- Ток уменьшится вдвое. Это не соответствует закону Ома, поскольку сила тока пропорциональна напряжению.
Рабочий пример
Сопротивление фары
Каково сопротивление автомобильной фары, через которую проходит 2,50 А при напряжении 12,0 В?
Стратегия
ЗаконОма говорит нам, что Vheadlight = IRheadlightVheadlight = IRheadlight. Падение напряжения при прохождении через фару – это просто повышение напряжения, обеспечиваемое аккумулятором, Vheadlight = VbatteryVheadlight = Vbattery. Мы можем использовать это уравнение и изменить закон Ома, чтобы найти сопротивление RheadlightRheadlight фары.
Решение
Решение закона Ома для сопротивления фары дает
Vheadlight = IRheadlight Vbattery = IRheadlight Rheadlight = Vbattery I = 12V2.5A = 4.8Ω. Vheadlight = IRheadlightVbattery = IRheadlightRheadlight = VbatteryI = 12V2.5A = 4.8Ω.19,6
Обсуждение
Это относительно небольшое сопротивление. Как мы увидим ниже, сопротивление в цепях обычно измеряется в кВт или МВт.
Рабочий пример
Определите сопротивление по графику “ток-напряжение”
Предположим, вы прикладываете к цепи несколько различных напряжений и измеряете ток, протекающий по цепи.График результатов показан на рисунке 19.7. Какое сопротивление цепи?
Рисунок 19.7 Линия показывает зависимость тока от напряжения. Обратите внимание, что ток указан в миллиамперах. Например, при 3 В ток составляет 0,003 А или 3 мА.
Стратегия
График показывает, что ток пропорционален напряжению, что соответствует закону Ома. По закону Ома (V = IRV = IR) константа пропорциональности – это сопротивление R . Поскольку на графике показан ток как функция напряжения, мы должны изменить закон Ома в следующей форме: I = VR = 1R × VI = VR = 1R × V.Это показывает, что наклон линии I по сравнению с V составляет 1R1R. Таким образом, если мы найдем наклон линии на рисунке 19.7, мы можем вычислить сопротивление R .
Решение
Наклон линии равен подъему , разделенному на подъем . Глядя на нижний левый квадрат сетки, мы видим, что линия поднимается на 1 мА (0,001 А) и проходит через напряжение 1 В. Таким образом, наклон линии равен
. наклон = 0.001A1V. Наклон = 0,001A1V.19,7
Приравнивая наклон к 1R1R и решая для R дает
1R = 0,001A1R = 1V0,001A = 1000 Ом 1R = 0,001A1R = 1V0,001A = 1000 Ом19,8
или 1 кОм.
Обсуждение
Это сопротивление больше, чем то, что мы обнаружили в предыдущем примере. Подобные сопротивления часто встречаются в электрических цепях, как мы узнаем в следующем разделе. Обратите внимание, что если бы линия на рисунке 19.7 не была прямой, то материал не был бы омическим, и мы не смогли бы использовать закон Ома.Материалы, которые не подчиняются закону Ома, называются безомными.
Закон Ома – Вернье
Видео: Закон Ома
Введение
Фундаментальная взаимосвязь между тремя важными электрическими величинами: , ток, , напряжение , и сопротивление , был обнаружен Георгом Симоном Омом. Взаимосвязь и единица электрического сопротивления были названы в его честь в честь его вклада в физику. Одно из утверждений закона Ома состоит в том, что ток через резистор пропорционален разности потенциалов в вольтах на резисторе.В этом эксперименте вы увидите, применим ли закон Ома к нескольким различным схемам, используя токовый пробник и пробник дифференциального напряжения.
Ток и разность потенциалов в вольтах трудно понять, потому что их нельзя наблюдать напрямую. Чтобы прояснить эти термины, некоторые люди проводят сравнение между электрическими цепями и водой, протекающей по трубам. Вот схема трех электрических блоков, которые мы будем изучать в этом эксперименте.
Количество электрооборудования Описание Блок Водная аналогия Напряжение или разность потенциалов Мера разницы энергии на единицу заряда между двумя точками в цепи. вольт (В) Давление воды Текущий Мера расхода заряда в цепи. ампер (А) Количество проточной воды Сопротивление Мера того, насколько трудно току течь в цепи. Ом (*) Мера того, насколько трудно воде течь по трубе. Цели
- Определите математическое соотношение между током, разностью потенциалов и сопротивлением в простой цепи.
- Сравните поведение резистора по отношению к току и потенциалу лампочки.
Датчики и оборудование
В этом эксперименте используются следующие датчики и оборудование. Может потребоваться дополнительное оборудование.
Электроны нарушают закон фундаментальной физики – закон Ома в жидкостях
Риплополяроны нарушают закон Ома.
Что, если электроны нарушают закон Ома, когда проходят через жидкую среду? По мнению ученых из отдела квантовой динамики Окинавского института науки и технологий, аспирантура (OIST), если электроны окажутся на жидкости, они могут нарушить закон Ома.Их исследование опубликовано в Physical Review Letters .
Читайте также: Недавно обнаруженный сверхпроводник может произвести революцию в квантовых компьютерах
ЗаконОма гласит, что электрический ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.
Закон Ома
Ток (I) = напряжение (В) / сопротивление (R)
Течение тока в проводе похоже на поток воды в трубе.Вода течет от высокого давления к низкому давлению. На количество воды влияет давление воды и размер трубки. Точно так же электроны текут от высокого напряжения к низкому; количество электронов или мера электрического тока зависит от разницы напряжений и сопротивления провода.
Если мы разделим провод по длине на два идентичных сегмента с одинаковым сопротивлением, то половина электронов будет течь в каждом сегменте провода. Но, по словам профессора Константинова из OIST, « Если электроны сидят в жидкости, а не в твердом теле, они могут нарушить закон Ома.Это то, что мы хотели измерить. ”
Исследование
Т-образное микроканальное устройство состоит из трех резервуаров, соединенных Т-образным переходом. Предоставлено: OIST. Исследователи создали три микробака, соединенных Т-образным переходом, и слегка погрузили их в сверхтекучий гелий. Сверхтекучий гелий остается в жидком состоянии при абсолютном нуле и ведет себя как жидкость с нулевой вязкостью и, следовательно, нулевым сопротивлением. Электроны могут сидеть на поверхности этой жидкости, а не тонуть.
Когда электроны двигались и возмущали эту жидкость, они создавали рябь или капиллярные волны. При более высоких концентрациях электронов электроны оказывались в ловушке в мелких лунках волны. Исследователи назвали их рипплополяронами, поскольку они немного отличаются от традиционных поляронов. Традиционные поляроны – это электроны, одетые в облако среды, в котором они находятся.
Когда электрон находится в сверхтекучем гелии, он может застрять в ямке жидкости и образовать рипплополярон.Ученые хотели посмотреть, изменит ли это поведение электрона. Предоставлено: OIST. Электрический ток был применен для перемещения рипплополяронов из левого резервуара. Достигнув Т-образного перехода, они просто двинулись прямо к нужному резервуару, следуя закону сохранения импульса, а не закону Ома. По закону Ома они должны были переместиться в оба резервуара с одинаковой плотностью. Резервирование потока привело к аналогичному результату. Однако подача тока на внешний резервуар не дала такого же результата.Риплополяроны врезались в стену наверху и стали свободными электронами и начали подчиняться закону Ома. Они перемещались как в правый, так и в левый резервуары в равной степени.
Читайте также: Вакцинация детей должна продолжаться в условиях пандемии коронавируса
Это исследование было проведено из любопытства. Однако понимание поведения электронов в жидкостях может быть полезно при создании кубитов, фундаментальной единицы квантовых компьютеров. Мы можем создать гибкую, подвижную архитектуру для квантовых компьютеров, используя электроны в жидкостях.
Присоединяйтесь к нашей команде писателей и развивайте свои навыки письма, когда вы видите свои статьи в Apple News , Google News и всех по всему миру . Подпишитесь на нашу рассылку новостей What Just Happened , где мы подробно рассмотрим самые горячие темы недели!
Источник: Scitechdaily.com
ЗаконОма для простых электрических цепей, Рон Куртус
SfC Home> Физика> Электричество>
, автор: Рон Куртус (от 23 октября 2019 г.)
Закон Ома является наиболее фундаментальной формулой для простых электрических цепей .Он утверждает, что электрический ток, проходящий через проводник, прямо пропорционален разности потенциалов на проводнике. Впервые он был сформулирован в 1827 году немецким физиком Георгом Омом во время экспериментов по изучению того, насколько хорошо металлы проводят электричество.
ЗаконОма лучше всего демонстрируется в простой электрической цепи постоянного тока. Хотя это также относится к цепям переменного тока, необходимо учитывать другие возможные переменные.
Связь между током, напряжением и сопротивлением в цепи позволяет вычислить одну переменную, если вы используете значения двух других.
Вопросы, которые могут у вас возникнуть:
- Что означают параметры в уравнении?
- Какая конфигурация схемы?
- Как применить закон Ома?
Этот урок ответит на эти вопросы. Полезный инструмент: Преобразование единиц
Уравнение
ЗаконОма показывает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением в простой электрической цепи. Самая простая форма уравнения:
В = ИК
где:
- V – напряжение в вольтах ( V )
- I – ток в амперах или амперах ( A )
- R – сопротивление в Ом ( Ом – греческая буква Омега)
Таким образом, если вы знаете ток и сопротивление, вы можете использовать формулу для определения напряжения.
Используя алгебру, вы можете изменить порядок переменных в соответствии со своими потребностями. Например, если вы знаете напряжение и сопротивление и хотите найти ток, вы можете использовать:
I = V / R
Или, если вы знаете напряжение и ток и хотите найти сопротивление, вы можете использовать:
R = V / I
Конфигурация
Простая электрическая цепь состоит из металлических проводов, идущих к источнику питания и от него, а также источника сопротивления, такого как резисторы или электрическая лампочка, включенных последовательно с источником.Типичным источником питания является батарея постоянного тока, хотя также может применяться генератор постоянного или переменного тока.
Примечание : Если цепь переменного тока включает в себя такие компоненты, как конденсаторы или катушки индуктивности, закон Ома не применяется.
Простая цепь постоянного тока
Использование уравнения
Важность закона Ома заключается в том, что, если вы знаете значение двух переменных в уравнении, вы можете определить третью. Вы можете измерить любой из параметров с помощью вольтметра.Большинство вольтметров или мультиметров измеряют напряжение, ток и сопротивление как переменного, так и постоянного тока.
Найти напряжение
Если вам известны ток и сопротивление, вы можете найти напряжение из В = I R . Например, если ток I = 0,2 А и сопротивление R = 1000 Ом , то
В = 0,2 А * 1000 Ом = 200 В
Найти текущий
Если вы знаете напряжение и сопротивление, вы можете использовать алгебру, чтобы изменить уравнение на I = V / R , чтобы найти ток.Например, если В = 110 В и R = 22000 Ом , то
I = 110 В / 22000 Ом = 0,005 А
Найти сопротивление
Если вы знаете напряжение и ток, вы можете использовать алгебру, чтобы изменить уравнение на R = V / I , чтобы найти сопротивление. Если В = 220 В и I = 5 А , то
R = 220 В / 5 A = 44 Ом
Резюме
Закон Ома – это уравнение V = I R , которое показывает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением в простой электрической цепи.Он может применяться как к цепям переменного, так и постоянного тока.
Будьте полны решимости сделать все возможное
Ресурсы и ссылки
Полномочия Рона Куртуса
Сайтов
Немного истории об Ом – Краткая история
Закон Ома – Объяснение, включая калькулятор закона Ома
Основные электрические законы – Включает теорию цепей
Формулы электрических цепей – Уравнения высокого уровня для решения проблем
Электроэнергетические ресурсы постоянного и переменного тока
Физические ресурсы
Книги
Научитесь электричеству и электронике Стэн Гибилиско; Макгроу-Хилл; (2001) 34 доллара.
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.
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 чрезвычайно 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. 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 \ (\ PageIndex {4} \) видно, что напряжение и ток не имеют линейной зависимости. Таким образом, диод является примером безомного устройства.
Батарея имеет две клеммы с разным потенциалом. Если клеммы соединены проводом, электрический ток (заряды) будет течь, как показано на рисунке 19.2. Электроны будут перемещаться от низкопотенциальной клеммы батареи (отрицательный конец ) по проводу и попадут в высокопотенциальную клемму батареи (положительный конец ).
Показан путь одного электрона. Средняя скорость свободных электронов находится в направлении, противоположном электрическому полю. Столкновения обычно передают энергию проводнику, поэтому для поддержания постоянного тока требуется постоянный запас энергии.
60 · 10−19Ce = −1.60 · 10−19C – заряд электрона. Это дает
Эти факторы создают сопротивление электрическому току. Сопротивление – это описание того, насколько провод или другой электрический компонент препятствует прохождению через него заряда.
В XIX веке немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) экспериментально обнаружил, что ток через проводник пропорционален падению напряжения на проводнике с током.
Другой способ размышления об электрическом потенциале – это представить, что множество частиц одного знака скопилось в небольшом замкнутом пространстве. Поскольку эти заряды имеют одинаковый знак (все они положительные или все отрицательные), каждый заряд отталкивает другие вокруг себя. Это означает, что множество зарядов постоянно выталкивается за пределы пространства.Полная электрическая цепь подобна открытию двери в небольшом пространстве: какие бы частицы ни толкали к двери, теперь у них есть способ убежать. Чем выше электрический потенциал, тем сильнее каждая частица толкает друг друга.