Закон Ома простым языком
Для электрика и электронщика одним из основных законов является Закон Ома. Каждый день работа ставит перед специалистом новые задачи, и зачастую нужно подобрать замену сгоревшему резистору или группе элементов.
Электрику часто приходится менять кабеля, чтобы выбрать правильный нужно «прикинуть» ток в нагрузке, так приходится использовать простейшие физические законы и соотношения в повседневной жизни.
Значение Закона Ома в электротехники колоссально, к слову большинство дипломных работ электротехнических специальностей рассчитываются на 70-90% по одной формуле.
Историческая справка
Год открытия Закон Ома — 1826 немецким ученым Георгом Омом. Он эмпирически определил и описал закон о соотношении силы тока, напряжения и типа проводника. Позже выяснилось, что третья составляющая – это не что иное, как сопротивление. Впоследствии этот закон назвали в честь открывателя, но законом дело не ограничилось, его фамилией и назвали физическую величину, как дань уважения его работам.
Величина, в которой измеряют сопротивление, названа в честь Георга Ома. Например, резисторы имеют две основные характеристики: мощность в ваттах и сопротивление – единица измерения в Омах, килоомах, мегаомах и т.д.
Закон Ома для участка цепи
Для описания электрической цепи не содержащего ЭДС можно использовать закон Ома для участка цепи. Это наиболее простая форма записи. Он выглядит так:
I=U/R
Где I – это ток, измеряется в Амперах, U – напряжение в вольтах, R – сопротивление в Омах.
Такая формула нам говорит, что ток прямопропорционален напряжению и обратнопропорционален сопротивлению – это точная формулировка Закона Ома. Физический смысл этой формулы – это описать зависимость тока через участок цепи при известном его сопротивлении и напряжении.
Внимание! Эта формула справедлива для постоянного тока, для переменного тока она имеет небольшие отличия, к этому вернемся позже.
Кроме соотношения электрических величин данная форма нам говорит о том, что график зависимости тока от напряжения в сопротивлении линеен и выполняется уравнение функции:
f(x) = ky или f(u) = IR или f(u)=(1/R)*I
Закон Ома для участка цепи применяют для расчетов сопротивления резистора на участке схемы или для определения тока через него при известном напряжении и сопротивлении. Например, у нас есть резистор R сопротивлением в 6 Ом, к его выводам приложено напряжение 12 В. Необходимо узнать, какой ток будет протекать через него. Рассчитаем:
I=12 В/6 Ом=2 А
Идеальный проводник не имеет сопротивления, однако из-за структуры молекул вещества, из которого он состоит, любое проводящее тело обладает сопротивлением. Например, это стало причиной перехода с алюминиевых проводов на медные в домашних электросетях. Удельное сопротивление меди (Ом на 1 метр длины) меньше чем алюминия. Соответственно медные провода меньше греются, выдерживают большие токи, значит можно использовать провод меньшего сечения.
Еще один пример — спирали нагревательных приборов и резисторов обладают большим удельным сопротивлением, т.к. изготавливаются из разных высокоомных металлов, типа нихрома, кантала и пр. Когда носители заряда движутся через проводник, они сталкиваются с частицами в кристаллической решетке, вследствие этого выделяется энергия в виде тепла и проводник нагревается. Чем больше ток – тем больше столкновений – тем больше нагрев.
Чтобы снизить нагрев проводник нужно либо укоротить, либо увеличить его толщину (площадь поперечного сечения). Эту информацию можно записать в виде формулы:
Rпровод=ρ(L/S)
Где ρ – удельное сопротивление в Ом*мм2/м, L – длина в м, S – площадь поперечного сечения.
Закон Ома для параллельной и последовательной цепи
В зависимости от типа соединения наблюдается разный характер протекания тока и распределения напряжений. Для участка цепи последовательного соединения элементов напряжение, ток и сопротивление находятся по формуле:
I=I1=I2
U=U1+U2
R=R1+R2
Это значит, что в цепи из произвольного количества последовательно соединенных элементов протекает один и тот же ток. При этом напряжение, приложенное ко всем элементам (сумма падений напряжения), равно выходному напряжению источника питания. К каждому элементу в отдельности приложена своя величина напряжений и зависит от силы тока и сопротивления конкретного:
Uэл=I*Rэлемента
Сопротивление участка цепи для параллельно соединённых элементов рассчитывается по формуле:
I=I1+I2
U=U1=U2
1/R=1/R1+1/R2
Для смешанного соединения нужно приводить цепь к эквивалентному виду. Например, если один резистор соединен с двумя параллельно соединенными резисторами – то сперва посчитайте сопротивление параллельно соединенных. Вы получите общее сопротивление двух резисторов и вам остаётся сложить его с третьим, который с ними соединен последовательно.
Закон Ома для полной цепи
Полная цепь предполагает наличие источника питания. Идеальный источник питания – это прибор, который имеет единственную характеристику:
- напряжение, если это источник ЭДС;
- силу тока, если это источник тока;
Такой источник питания способен выдать любую мощность при неизменных выходных параметрах. В реальном же источнике питания есть еще и такие параметры как мощность и внутреннее сопротивление. По сути, внутреннее сопротивление – это мнимый резистор, установленный последовательно с источником ЭДС.
Формула Закона Ома для полной цепи выглядит похоже, но добавляется внутренне сопротивление ИП. Для полной цепи записывается формулой:
I=ε/(R+r)
Где ε – ЭДС в Вольтах, R – сопротивление нагрузки, r – внутреннее сопротивление источника питания.
На практике внутреннее сопротивление является долями Ома, а для гальванических источников оно существенно возрастает. Вы это наблюдали, когда на двух батарейках (новой и севшей) одинаковое напряжение, но одна выдает нужный ток и работает исправно, а вторая не работает, т.к. проседает при малейшей нагрузке.
Закон Ома в дифференциальной и интегральной форме
Для однородного участка цепи приведенные выше формулы справедливы, для неоднородного проводника необходимо его разбить на максимально короткие отрезки, чтобы изменения его размеров были минимизированы в пределах этого отрезка. Это называется Закон Ома в дифференциальной форме.
Иначе говоря: плотность тока прямо пропорциональной напряжённости и удельной проводимости для бесконечно малого участка проводника.
В интегральной форме:
Закон Ома для переменного тока
При расчете цепей переменного тока вместо понятия сопротивления вводят понятие «импеданс». Импеданс обозначают буквой Z, в него входит активное сопротивление нагрузки Ra и реактивное сопротивление X (или Rr). Это связано с формой синусоидального тока (и токов любых других форм) и параметрами индуктивных элементов, а также законов коммутации:
- Ток в цепи с индуктивностью не может измениться мгновенно.
- Напряжение в цепи с ёмкостью не может измениться мгновенно.
Таким образом, ток начинает отставать или опережать напряжение, и полная мощность разделяется на активную и реактивную.
U=I*Z
XL и XC – это реактивные составляющие нагрузки.
В связи с этим вводится величина cosФ:
Здесь – Q – реактивная мощность, обусловленная переменным током и индуктивно-емкостными составляющими, P – активная мощность (выделяется на активных составляющих), S – полная мощность, cosФ – коэффициент мощности.
Возможно, вы заметили, что формула и её представление пересекается с теоремой Пифагора. Это действительно так и угол Ф зависит от того, насколько велика реактивная составляющая нагрузки – чем её больше, тем он больше. На практике это приводит к тому, что реально протекающий в сети ток больше чем тот, что учитывается бытовым счетчиком, предприятия же платят за полную мощность.
При этом сопротивление представляют в комплексной форме:
Здесь j – это мнимая единица, что характерно для комплексного вида уравнений. Реже обозначается как i, но в электротехнике также обозначается и действующее значение переменного тока, поэтому, чтобы не путаться, лучше использовать j.
Мнимая единица равняется √-1. Логично, что нет такого числа при возведении в квадрат, которого может получиться отрицательный результат «-1».
Как запомнить закон Ома
Чтобы запомнить Закон Ома – можно заучить формулировку простыми словами типа:
Чем больше напряжение – тем больше ток, чем больше сопротивление – тем меньше ток.
Или воспользоваться мнемоническими картинками и правилами. Первая это представление закона Ома в виде пирамиды – кратко и понятно.
Мнемоническое правило – это упрощенный вид какого-либо понятия, для простого и легкого его понимания и изучения. Может быть либо в словесной форме, либо в графической. Чтобы правильно найти нужную формулу – закройте пальцем искомую величину и получите ответ в виде произведения или частного. Вот как это работает:
Вторая – это карикатурное представление. Здесь показано: чем больше старается Ом, тем труднее проходит Ампер, а чем больше Вольт – тем легче проходит Ампер.
Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео, в котором простыми словами объясняется Закон Ома и его применение:
Закон Ома – один из основополагающих в электротехнике, без его знания невозможна бОльшая часть расчетов. И в повседневной работе часто приходится переводить амперы в киловатты или по сопротивлению определять ток.
Совершенно не обязательно понимать его вывод и происхождение всех величин – но конечные формулы обязательны к освоению. В заключении хочется отметить, что есть старая шуточная пословица у электриков: «Не знаешь Ома – сиди дома». И если в каждой шутке есть доля правды, то здесь эта доля правды – 100%.
Изучайте теоретические основы, если хотите стать профессионалом на практике, а в этом вам помогут другие статьи из нашего сайта.
Источник: https://samelectrik.ru/zakon-oma-prostym-yazykom.html
Закон Ома для участка цепи
> Теория > Закон Ома для участка цепи
Закон Ома является одним из основных при описаниях, расчетах и эксплуатации электрических систем. Обобщенный закон Ома связывает воедино основные параметры электрических цепей и устанавливает соотношения между ними. Любая цепь характеризуется наличием источника питания с его ЭДС (электродвижущей силой) и нагрузкой, имеющей сопротивление. В замкнутой цепи протекает ток, значение которого и определяется вышеупомянутым законом.
Простейшая электрическая цепь
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.
Зависимость между напряжением и протекающим током описал и сформулировал еще в первой половине 19-го века известный ученый из Германии Георг Симон Ом. В честь него и был названа, пожалуй, самая известная зависимость параметров в электротехнике.
Во время жизни Ома определение сопротивления не было известно, резистор как элемент не существовал, поэтому в формуле Георгом Омом были введены длина проводника и некий коэффициент, характеризующий его материал, можно сказать, прообраз удельного сопротивления.
По прошествии времени формулировка закона Ома несколько раз уточнялась, пока не была оставлена в том состоянии, в котором существует в настоящий момент. Сопротивление условились измерять в Омах, в честь открывателя.
Для расчета можно воспользоваться простейшей иллюстрацией, в которой используется графический треугольник.
Мнемонический треугольник для расчета i u r
Две формулировки
Во всей учебной и популярной литературе встречаются две трактовки закона: для полной цепи и, как частный случай, для ее участка. В них нет принципиальных различий. Закон Ома для участка цепи является частным случаем при некоторых условиях.
Итак, что такое закон Ома для полной цепи? Формула имеет вид:
I= ε /(R+r), где:
r, R – сопротивления: внутреннее (собственное) источника питания и, соответственно, нагрузки;
ε – ЭДС источника напряжения.
Иллюстрация для полной цепи
Формула для участка имеет немного иной вид:
I=U/R, где:
- R – сопротивление участка,
- U – разность потенциалов на его концах (падение напряжения).
Из сравнения выражений становится ясно, что встречающаяся формулировка «закон Ома для участка цепи с ЭДС» не имеет смысла, поскольку электродвижущая сила является характеристикой источника питания, а не разности потенциалов на участке.
Почему в формуле фигурирует значение ЭДС, а не напряжение, и что означает внутреннее сопротивление? Простыми словами, источники питания не идеальны и обладают собственным сопротивлением, которое тем меньше, чем лучше параметры источника.
В том случае, когда данная величина источника на несколько порядков меньше, чем у нагрузки, им можно пренебречь, и напряжение становится численно равным ЭДС. В слаботочных цепях так обычно и происходит. Другое дело, когда сопротивление источника соизмеримо с нагрузкой.
Тогда протекающий ток вызовет внутри источника некоторое падение напряжения, которое будет вычитаться из значения ЭДС, в результате напряжение источника станет меньше, чем его электродвижущая сила.
С данным явлением знакомы владельцы автомобилей со старой аккумуляторной батареей. С возрастом у аккумуляторов, кроме падения емкости, наблюдается рост внутренней нагрузки. При выключенном замке зажигания напряжение, измеренное на клеммах аккумуляторной батареи, равно ее ЭДС (порядка 12В). При включении стартера сила тока на участке цепи составляет сотни ампер, напряжение на участке цепи – на клеммах аккумулятора падает до 9 и менее вольт.
Недостающие 3В остались на внутреннем сопротивлении аккумулятора. Это объемное сопротивление пластин, электролита, соединительных клемм между отдельными банками. Применяя для расчета закон Ома для участка цепи, можно такое явление назвать просадкой. Оно характерно для старых аккумуляторов, особенно в холодное время года, когда внутренняя нагрузка аккумулятора максимальна.
Чтобы снизить просадку, согласно закону Ома для участка цепи, содержащего ЭДС, требуется снизить потребляемую стартером мощность, а это значит нужно уменьшить потери на трение, то есть прогреть масло в картере двигателя и выжать сцепление, чтобы двигатель не прокручивал холодное масло в КПП.
На самом деле в приведенном примере происходят гораздо более сложные процессы, но в первом приближении это верно.
Важную роль внутреннее сопротивление играет при передаче напряжения по линиям электропередач. Для конечного потребителя его доставляют провода ЛЭП. Чтобы уменьшить падение напряжения на проводах, нужно или увеличивать их сечение, или уменьшать протекающий через них ток.
Увеличение сечения вызывает рост массы и стоимости, поэтому применяют снижение тока. Имея одинаковую мощность нагрузки, это можно сделать только одним способом – повышением напряжения. Правильность данного решения легко проверить, применяя закон Ома для однородного участка цепи и определив, сколько вольт падает при разных значениях тока. Именно это обусловило абсолютное преимущество применения переменного тока, поскольку его преобразование легко решается при помощи трансформаторов.
2-й закон Ома существует для тех примеров, когда источник напряжения по характеристикам приближен к идеальному, и его внутренним сопротивлением можно пренебречь, или если требуется определить разницу потенциалов (падение напряжения) на нагрузке (резисторе). Второй закон позволяет сделать расчеты проще, чем первый.
Определение падения напряжения на нагрузке
Переменный ток
Закон Ома для неоднородного участка цепи
Справедлив обобщенный закон Ома не только для постоянного тока, но также и для переменного. При условии наличия только активной нагрузки – резистора нет никакой разницы со схемами с постоянным током, поэтому при расчетах можно использовать тот же треугольник I U R.
Иная ситуация наблюдается с реактивными элементами – емкостями и катушками индуктивности.
Тогда закон Ома для участка цепи используется в комплексном виде и в качестве нагрузки участвует комплексное значение – электрический импеданс, поскольку требуется учитывать фазовые соотношения между напряжением источника питания, падением на элементах схемы и протекающим током.
Ограничения в применении
Каким бы ни был универсальным закон Ома для замкнутой цепи, в некоторых случаях он неприменим:
- При изменении температуры проводников протекающим через них током;
- Для материалов и веществ, являющихся сверхпроводниками;
- При сверхвысоких частотах, при которых скорость колебаний напряженности поля соизмерима с инерционными характеристиками носителей электрического заряда;
- При возможном скачкообразном изменении свойств проводника под действием приложенного напряжения (электрический пробой газового промежутка);
- В электровакуумных и газонаполненных электронных лампах;
- В полупроводниковых веществах и приборах с p-n-переходами.
На некоторых пунктах можно остановиться подробнее.
Нагрев
Нагрев проводников приводит к изменению его характеристик. Это явление следует учитывать при значительных величинах зависимости сопротивления от температуры. Классический пример – лампа накаливания.
При прохождении тока сопротивление на участке цепи (нити накаливания) изменяется в несколько раз. Получается, что измерив омметром параметры лампы, можно определить значение тока при включении лампы в сеть. Но далее нить начинает разогреваться, и сопротивление ее растет.
Таким образом, вычисленное значение уже не будет соответствовать действительности.
В данном примере закон Ома применим только в случае установившегося режима.
Температурная зависимость
Именно по причине малого сопротивления холодной вольфрамовой нити подавляющее число отказов ламп накаливания происходит в момент включения. Этот эффект используется в электронных стабилизаторах тока – бареттерах, которые были популярны до наступления эры полупроводников и еще используются в некоторых областях в настоящее время.
Сверхпроводимость
Некоторые вещества имеют свойство при охлаждении до некоторой критической температуры перехода – скачкообразно уменьшать сопротивление. После этого обобщенный закон Ома в классическом представлении теряет смысл, поскольку цепь входит в так называемый режим короткого замыкания, при котором сила тока ограничивается только сопротивлением источника напряжения.
Инерционность переноса заряда
Реальная скорость переноса отрицательных зарядов в проводящей среде достаточно невелика. Просто начало их движения возможно под действием электромагнитного поля, которое распространяется со скоростью света.
Однако, как и все материальные частицы, электроны обладают массой, а, следовательно, некоторой инерционностью.
Таким образом, при высоких скоростях изменения электромагнитного поля носители заряда будут не в состоянии мгновенно реагировать на его изменения, и закон Ома для замкнутой цепи становится неприменим.
Разряд
Воздушный промежуток, находящийся между разнополярными электродами, обладает высоким сопротивлением, но при повышении напряжения возникает момент, когда происходит искровой пробой, и сопротивление между электродами падает почти мгновенно.
Электронные лампы
Ток эмиссии в вакуумных лампах и тлеющий или дуговой разряд в газонаполненных имеет ярко выраженную нелинейную зависимость от приложенного напряжения, то есть, грубо говоря, сопротивление между электродами зависит от разности потенциалов.
Полупроводники
Подобно электронным лампам, полупроводниковые вещества также имеют зависимость внутреннего сопротивления от приложенного напряжения. При контакте полупроводников разных типов проводимости (n- и p-полупроводники) наблюдается зависимость параметров p-n-перехода от полярности питания. Данное свойство является основным в диодах и транзисторах. Зависимость силы протекающего тока от приложенного напряжения для прямой и обратной полярностей p-n перехода имеет ярко выраженную нелинейность.
Данное свойство используется в варисторах, полупроводниковых приборах, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения.
Вольт-амперная характеристика диода
Закон Ома для полной цепи
Источник: https://elquanta.ru/teoriya/zakon-oma-dlya-uchastka-cepi.html
Закон Ома для полной цепи (DC)
Рассмотрим Закон Ома (Ohm's law) для полной электрической цепи постоянного тока. Здесь нас прежде всего интересует его практическое отношение к постоянному току (direct current). Различают две формулировки Закона Ома, одна для участка цепи, а другая для полной цепи. В последней учитывается источник тока, точнее его внутреннее сопротивление.
Простейшая электрическая цепь постоянного тока состоит из источника тока и одной единственной резистивной нагрузки, а попросту из — активного сопротивления.
Закон Ома — закон пропорциональности
Формулировка Закона Ома для полной цепи и для участка цепи — это утверждение пропорциональности. Устанавливается достаточна простая алгебраическая связь между величинами силы тока, суммы сопротивлений (r+R) и ЭДС источника тока.
Сила тока в электрической цепи, прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна сумме внутреннего сопротивления этого источника и общего сопротивления цепи.
Наиболее понятное и простое применение Закона Ома в такой формулировке — это электрическая цепь с одним источником тока в ветви (контуре). Кроме Закона Ома, для расчёта электрических цепей, необходимо знать правила Кирхгофа, а также иметь базовые представления об элементах цепей, таких как узлы, ветви, контуры, двухполюсники и т. п. Но ограничившись только Законом Ома для полной цепи можно сделать несколько важных выводов.
Потери на внутреннем сопротивлении источника ЭДС
Самый простой пример иллюстрирующий влияние внутреннего сопротивления источника тока — это гальванические элементы (батареи) и аккумуляторы. Способность источника тока выдавать большое значение силы тока напрямую зависит от его внутреннего сопротивления. Чем оно больше, тем меньший ток способен выдать источник ЭДС.
Допустим у нас имеется аккумуляторная батарея на 12 Вольт (В), а в качестве нагрузки мы применяем лампу накаливания мощностью 24 Ватт (Вт). Как узнать сопротивление нагрузки при устоявшемся режиме работы, то есть когда лампа горит в полный накал? Это сделать достаточно просто. Мощность (24 Вт) делим на напряжение (12 В), в итоге мы получаем расчётное значение рабочего тока в 2 Ампер (А).
Чтобы вычислить сопротивление нагрузки, нужно воспользоваться Законом Ома для участка цепи. В нашем случае падение напряжения на нагрузке, то есть лампе накаливания должно быть 12 В, а рабочий ток для выхода на мощность в 24 Вт будет 2 А. Применяем закон пропорциональности и находим сопротивление нагрузки.
В итоге мы получаем расчётное рабочее сопротивление нагрузки R равное 6 Ом (12 В/2 А).
Теперь же вернёмся к нашему источнику ЭДС с его внутренним сопротивлением. Как оно будет влиять на ток в цепи? Допустим, что мы измерили напряжение на клеммах аккумулятора и оно оказалось равным 12,5 Вольт, затем подключили нашу нагрузку — лампочку накаливания 24 Ватт, на номинальное напряжение в 12 Вольт. Вроде бы всё должно работать, но оказывается, что лампа светит тускло, в половину накала.
В чём же может быть причина? Вот тут как раз таки можно и нужно применять Закон Ома для полной цепи. Необходимо учитывать внутреннее сопротивление источника. Так как визуально лампа светит тускло, значит не выходит на свою норму в потребления 24 Вт, а значит напряжение и ток на ней недостаточны. Казалось бы, подключили к аккумулятору у которого на выходе 12,5 Вольт, но что-то тут не так.
Что именно?
Нужно провести измерение падения напряжения непосредственно на лампе, тогда окажется, что оно совсем не 12 Вольт, а гораздо меньше, допустим 6 Вольт. Условно предположим, что сопротивление лампы в 6 Ом стабильно и не зависит от нагрева. Тогда мы можем вновь воспользоваться Законом Ома для участка цепи, чтобы найти значение тока. В нашем случае это достаточно просто сделать.
Необходимо падение напряжения на лампе в 6 Вольт, разделить на её сопротивление в 6 Ом. В результате мы получим значение тока в цепи равное 1 Ампер. Вот оно что! Для того, чтобы лампа горела как положено и давала все свои 24 Ватт мощности, нужен ток в 2 А, а у нас ровно половина — 1 А.
Можно сразу сказать, что на лампе выделяется мощность всего в 6 Ватт, что явно недостаточно.
Почему же при ЭДС источника — аккумулятора в 12,5 Вольт происходит такое, казалось бы несоответствие? Сумма падений напряжений в контуре, а у нас как раз таки один единственный контур цепи, всегда равно ЭДС источника. Отсюда делаем вывод, что у нас куда-то делось 6,5 Вольт (12,5-6). А делись они вот куда.
Внутреннее сопротивление источника тока можно выделить наружу только в схеме, а на практике оно как бы глубоко запрятано в конструкции источника. Разумеется, что разобрав источник на части, мы не обнаружим там никакого внутреннего сопротивления.
Оно существует умозрительно, на схемах, для удобства, а в реальности это характеристика сторонних сил, которые создают ту самую ЭДС.
В итоге, у нас выходит, по вышеприведённому примеру, что сам источник тока съедает мощность на себя, да ещё к тому же она больше, чем полезная нагрузка — лампочка.
При токе в 1 А, и при падении напряжения в 6,5 В на внутреннем сопротивлении мы имеем 6,5 Вт бесполезных потерь на источнике тока!!! Выдаёт на нагрузку 6 Вт, а сам кушает чуть больше — 6,5 Вт.
Эффективность заведомо меньше 50%. Вот вам и применение Закона Ома для полной цепи.
Давайте попробуем решить обратную задачу. Какое внутреннее сопротивление источника тока с ЭДС равной 12,5 Вольт должно быть, чтобы падение напряжения на лампе в 24 Вт было равным 12 В?
Исходя из задачи, можно сразу же вычислить падение напряжения на внутреннем сопротивлении. Оно должно быть в нашем случае равным всего 0,5 В. Но для того, чтобы пользуясь Законом Ома вычислить значение внутреннего сопротивления, нам нужно знать силу тока.
Учитывая, что мы хотим получить с нагрузки 24 Вт мощности, то для этого нам необходим ток в 2 Ампер. Для расчёта можно смело брать эту величину. Теперь узнать внутреннее сопротивление источника достаточно просто. Оно будет равно 0,5 В делённые на ток в 2 А, то есть 0,25 Ом.
Эта величина значительно меньше той, которая была в примере, когда лампа горела тускло, всего на 6 Вт мощности.
При внутреннем сопротивлении в 0,25 Ом и при нагрузке в 6 Ом мы получим достаточно эффективное использование источника тока. На нагрузке у нас будет выделятся мощность в 24 Вт, а потери источника на внутреннем сопротивлении составят всего на всего 1 Вт (0,5Х2). Соотношение меньше чем 1 к 10.
Однако, если мы с вами к источнику с таким малым внутренним сопротивлением подключим нагрузку в 0,25 Ом, то есть внутреннее сопротивление и сопротивление нагрузки равны, тогда ток в цепи подскочит до значения 25 А (12,5/0,5).
На нагрузке будет выделятся мощность равная 156,25 Вт и точно такая же будет расходоваться в самом источнике.
Выбор источника тока по мощности нагрузки
Правильное понимание Закона Ома для полной цепи позволяет правильно рассчитать и выбрать источник тока по нагрузке, а также позволяет своевременно выявить дефекты источников тока. Тот источник тока, который не пригоден для низкоомной нагрузки, потому как его внутреннее сопротивление в больше или равно сопротивлению нагрузки, будет вполне пригоден в эксплуатации для питания электрической цепи с нагрузкой в 10 раз большим сопротивлением, чем его собственное.
Чем большую мощность нужно получить на нагрузке при малом значении ЭДС, тем меньше должно быть внутреннее сопротивление источника. Поэтому самыми лучшими источниками постоянного тока (DC) в настоящее время остаются химические аккумуляторы, хотя вполне возможно, что их могут превзойти в этом полупроводниковые источники тока — солнечные батареи.
Оптимальным считается, когда падение напряжения на внутреннем сопротивлении, более чем в 10 раз меньше чем падение напряжения на полезной нагрузке. Если говорить языком пропорциональности, то это означает, что зная сопротивление нагрузки или её мощность, нужно выбирать источник тока, где его внутреннее сопротивление (импеданс) будет более чем в 10 раз меньшим.
Дата: 18.05.2015
Valentin Grigoryev (Валентин Григорьев)
Возможно Вам будут интересны следующие статьи из этого раздела:
Если Вы не нашли ничего интересного в этом разделе, тогда Вам следует воспользоваться левым вертикальным меню, чтобы попасть в интересующий Вас раздел сайта.
Источник: http://electricity-automation.com/page/zakon-oma-dlya-polnoy-tsepi-dc
Закон Ома для «чайников»: понятие, формула, объяснение
Говорят: «не знаешь закон Ома – сиди дома». Так давайте же узнаем (вспомним), что это за закон, и смело пойдем гулять.
Основные понятия закона Ома
Как понять закон Ома? Нужно просто разобраться в том, что есть что в его определении. И начать следует с определения силы тока, напряжения и сопротивления.
Сила тока I
Пусть в каком-то проводнике течет ток. То есть, происходит направленное движение заряженных частиц – допустим, это электроны. Каждый электрон обладает элементарным электрическим зарядом (e= -1,60217662 × 10-19 Кулона). В таком случае через некоторую поверхность за определенный промежуток времени пройдет конкретный электрический заряд, равный сумме всех зарядов протекших электронов.
Отношение заряда к времени и называется силой тока. Чем больший заряд проходит через проводник за определенное время, тем больше сила тока. Сила тока измеряется в Амперах.
Напряжение U, или разность потенциалов
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.
Физическая величина, равная работе эффективного электрического поля при переносе электрического заряда, и называется напряжением. Измеряется в Вольтах. Один Вольт – это напряжение, которое при перемещении заряда в 1 Кл совершает работу, равную 1 Джоуль.
Сопротивление R
Ток, как известно, течет в проводнике. Пусть это будет какой-нибудь провод. Двигаясь по проводу под действием поля, электроны сталкиваются с атомами провода, проводник греется, атомы в кристаллической решетке начинают колебаться, создавая электронам еще больше проблем для передвижения. Именно это явление и называется сопротивлением. Оно зависит от температуры, материала, сечения проводника и измеряется в Омах.
Памятник Георгу Симону Ому
Формулировка и объяснение закона Ома
Закон немецкого учителя Георга Ома очень прост. Он гласит:
Сила тока на участке цепи прямо пропорционально напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
Георг Ом вывел этот закон экспериментально (эмпирически) в 1826 году. Естественно, чем больше сопротивление участка цепи, тем меньше будет сила тока. Соответственно, чем больше напряжение, тем и ток будет больше.
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Данная формулировка закона Ома – самая простая и подходит для участка цепи. Говоря «участок цепи» мы подразумеваем, что это однородный участок, на котором нет источников тока с ЭДС. Говоря проще, этот участок содержит какое-то сопротивление, но на нем нет батарейки, обеспечивающей сам ток.
Если рассматривать закон Ома для полной цепи, формулировка его будет немного иной.
Пусть у нас есть цепь, в ней есть источник тока, создающий напряжение, и какое-то сопротивление.
Закон запишется в следующем виде:
Объяснение закона Ома для полой цепи принципиально не отличается от объяснения для участка цепи. Как видим, сопротивление складывается из собственно сопротивления и внутреннего сопротивления источника тока, а вместо напряжения в формуле фигурирует электродвижущая сила источника.
Кстати, о том, что такое что такое ЭДС, читайте в нашей отдельной статье.
Как понять закон Ома?
Чтобы интуитивно понять закон Ома, обратимся к аналогии представления тока в виде жидкости. Именно так думал Георг Ом, когда проводил опыты, благодаря которым был открыт закон, названный его именем.
Представим, что ток – это не движение частиц-носителей заряда в проводнике, а движение потока воды в трубе. Сначала воду насосом поднимают на водокачку, а оттуда, под действием потенциальной энергии, она стремиться вниз и течет по трубе. Причем, чем выше насос закачает воду, тем быстрее она потечет в трубе.
Отсюда следует вывод, что скорость потока воды (сила тока в проводе) будет тем больше, чем больше потенциальная энергия воды (разность потенциалов)
Сила тока прямо пропорциональна напряжению.
Теперь обратимся к сопротивлению. Гидравлическое сопротивление – это сопротивление трубы, обусловленное ее диаметром и шероховатостью стенок. Логично предположить, что чем больше диаметр, тем меньше сопротивление трубы, и тем большее количество воды (больший ток) протечет через ее сечение.
Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.
Такую аналогию можно проводить лишь для принципиального понимания закона Ома, так как его первозданный вид – на самом деле довольно грубое приближение, которое, тем не менее, находит отличное применение на практике.
В действительности, сопротивление вещества обусловлено колебанием атомов кристаллической решетки, а ток – движением свободных носителей заряда. В металлах свободными носителями являются электроны, сорвавшиеся с атомных орбит.
Ток в проводнике
В данной статье мы постарались дать простое объяснение закона Ома. Знание этих на первый взгляд простых вещей может сослужить Вам неплохую службу на экзамене. Конечно, мы привели его простейшую формулировку закона Ома и не будем сейчас лезть в дебри высшей физики, разбираясь с активным и реактивным сопротивлениями и прочими тонкостями.
Если у Вас возникнет такая необходимость, Вам с удовольствием помогут сотрудники нашего студенческого сервиса. А напоследок предлагаем Вам посмотреть интересное видео про закон Ома. Это действительно познавательно!
Источник: https://zaochnik-com.ru/blog/zakon-oma-dlya-chajnikov/
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.
https://www.youtube.com/watch?v=GZdGUzR_9N0
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
| Понравился сайт? Расскажи друзьям! |
Источник: http://ru.solverbook.com/spravochnik/fizika/zakony-oma-i-kirxgofa/
Сколько у ома законов
Существует несколько видов закона Ома. Способность вещества проводить ток характеризуется его удельным сопротивлением либо проводимостью. Их величина определяется химической природой вещества и условиями, в частности температурой, при которых оно находится.
Переходя к абсолютной температуре, получаем При низких температурах наблюдаются отступления от этой закономерности. В большинстве случаев зависимость от T следует кривой 1 на рисунке.
Величина остаточного сопротивления в сильной степени зависит от чистоты материала и наличия остаточных механических напряжений в образце.
Поэтому после отжига заметно уменьшается. У абсолютно чистого металла с идеально правильной кристаллической решеткой при абсолютном нуле.
У большой группы металлов и сплавов при температуре порядка нескольких градусов Кельвина сопротивление скачком обращается в нуль кривая 2 на рисунке. Впервые это явление, названное сверхпроводимостью, было обнаружено в г. Камерлинг – Оннесом для ртути.
В дальнейшем сверхпроводимость была обнаружена у свинца, олова, цинка, алюминия и других металлов, а также у ряда сплавов.
Для каждого сверхпроводника имеется своя критическая температура Тк, при которой он переходит в сверхпроводящее состояние. При действии на сверхпроводник магнитного поля сверхпроводящее состояние нарушается. История открытия закона Ома, виды закона Ома.
Последние новости Резонанс в электрической цепи Фотоэффект и его законы Гипотезы и размышления о биополе Сколько людям нужно энергии Тепловая энергия океана. Лучшие новости Развитие атомной промышленности Вопросы лазерной безопасности Применение гамма-излучения Энергетические системы Инфразвуковые аномалии. Наши друзья. Ракурс в историю История открытий в области строения атомного ядра Изучение атомного ядра вынуждает заниматься элементарными частицами.
Причина этого ясна: в ядрах атомов частиц так мало, что свойства каждой из них в отдельности не усредняются, а, напротив, играют определяющую роль. История открытия закона Ома Закон Ома устанавливает зависимость между силой тока I в проводнике и разностью потенциалов напряжением U между двумя фиксированными точками сечениями этого проводника.
История открытия основных элементарных частиц Элементарные частицы в точном значении этого термина — первичные, далее неразложимые частицы, из которых, по предположению, состоит вся материя. История открытий в области строения атомного ядра Изучение атомного ядра вынуждает заниматься элементарными частицами.
Закон Ома для участка цепи и полной цепи: формулы и определения
ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Урок 257. Задачи на закон Ома для полной цепи – 1
Здесь вы найдете подходящего репетитора быстро, удобно и бесплатно. Мы всегда рады проконсультировать Вас по вопросам образования. Задайте свои вопросы профессионалам. Совет 1. Чтобы значительно упростить процесс поиска, достаточно лишь позвонить нам, и оператор найдет репетитора, который максимально подходит под ваши требования. Совет 2. Совет 3. Вопреки сложившемуся мнению, студент-репетитор очень хорошо справляется со своей задачей.
Он более мобилен, цена ниже, и он с легкостью найдет общий язык с учеником. От силы тока в цепи зависит величина воздействия, которое ток может оказывать на проводник, будь то тепловое, химическое или магнитное действие тока.
То есть, регулируя силу тока, можно управлять его воздействием. Электрический ток , в свою очередь — это упорядоченное движение частиц под действием электрического поля. Очевидно, что чем сильнее поле действует на частицы, тем больше будет сила тока в цепи. Электрическое поле характеризуется величиной, называемой напряжением. Следовательно, мы приходит к выводу, что сила тока зависит от напряжения.
И действительно, опытным путем удалось установить, что сила тока связана с напряжением прямо пропорционально. В случаях, когда изменяли величину напряжения в цепи, не меняя всех остальных параметров, сила тока возрастала или уменьшалась во столько же раз, во сколько меняли напряжение. Однако любая цепь или участок цепи характеризуются еще одной немаловажной величиной, называемой сопротивлением электрическому току.
Сопротивление связано с силой тока обратно пропорционально. Если на каком-либо участке цепи изменить величину сопротивления, не меняя напряжения на концах этого участка, сила тока также изменится. Причем если мы уменьшим величину сопротивления, то сила тока возрастет во столько же раз. И, наоборот, при увеличении сопротивления сила тока пропорционально уменьшается.
Сопоставив две эти зависимости, можно прийти к такому же выводу, к которому пришел немецкий ученый Георг Ом в г. Он связал воедино три вышеуказанные физические величины и вывел закон, который назвали его именем. Закон Ома для участка цепи гласит:. Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению. Закон Ома — один из основополагающих законов физики.
Открытие его в свое время позволило сделать огромный скачок в науке. В настоящее время невозможно себе представить любой самый элементарный расчет основных электрических величин для любой цепи без использования закона Ома. Представление об этом законе — это не удел исключительно инженеров-электронщиков, а необходимая часть базовых знаний любого мало-мальски образованного человека.
Из формулы для закона Ома можно рассчитать также величины напряжения и сопротивления участка цепи:. Правда, следует понимать, что в собранной цепи величина сопротивления некоторого участка цепи есть величина постоянная, поэтому при изменении силы тока будет изменяться только напряжение и наоборот. Для изменения сопротивления участка цепи следует собрать цепь заново.
Расчет же требуемой величины сопротивления при проектировании и сборке цепи можно произвести по закону Ома, исходя из предполагаемых значений силы тока и напряжения, которые будут пропущены через данный участок цепи. Репетиторы О сайте Цены Библиотека Wiki-учебник. Оставить заявку на подбор репетитора.
На этом сайте вы найдете репетитора! Оставьте заявку или позвоните нам. Мы подберем репетитора, учитывая все пожелания. Или найдите репетитора в нашей базе самостоятельно, используя фильтр слева. Получите консультацию по телефону. Больше не надо ломать голову, к кому обратиться за помощью – для этого есть Nado5.
Наши репетиторы помогут вам. Прислушайтесь к нашим советам, чтобы найти репетитора быстрее: Совет 1. Мы подберем репетитора бесплатно! Прислушайтесь к нашим советам, чтобы найти репетитора быстрее: Совет 2. Мы найдем репетитора в течение дня! Прислушайтесь к нашим советам, чтобы найти репетитора быстрее: Совет 3. Что такое Wiki-учебник? Зависимость силы тока и напряжения Очевидно, что чем сильнее поле действует на частицы, тем больше будет сила тока в цепи.
Связь с сопротивлением Однако любая цепь или участок цепи характеризуются еще одной немаловажной величиной, называемой сопротивлением электрическому току. Формула закона Ома для участка цепи Сопоставив две эти зависимости, можно прийти к такому же выводу, к которому пришел немецкий ученый Георг Ом в г. Закон Ома для участка цепи гласит: Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.
Применение закона Ома Закон Ома — один из основополагающих законов физики. Нужна помощь в учебе? Количество теплоты: формула, расчет Момент силы: правило и применение Законы электролиза Отражение звука и эхо Wiki-учебник: Что такое Wiki-учебник?
Wiki-учебник Что такое Wiki-учебник? В этом разделе: Связь между силой тяжести и массой тела: динамометр. Количество теплоты: формула, расчет Момент силы: правило и применение Законы электролиза Отражение звука и эхо. Wiki-учебник: Что такое Wiki-учебник?
Здесь вы найдете подходящего репетитора быстро, удобно и бесплатно. Мы всегда рады проконсультировать Вас по вопросам образования. Задайте свои вопросы профессионалам. Совет 1. Чтобы значительно упростить процесс поиска, достаточно лишь позвонить нам, и оператор найдет репетитора, который максимально подходит под ваши требования. Совет 2.
Источник: https://detskij.okd1.ru/zakon/skolko-u-oma-zakonov/
Закон ома в различных формах. Законы ома и кирхгофа
Георг Симон Ом начал свои исследования вдохновляясь знаменитым трудом Жана Батиста Фурье «Аналитическая теория тепла». В этой работе Фурье представлял тепловой поток между двумя точками как разницу температур, а изменение теплового потока связывал с его прохождением через препятствие неправильной формы из теплоизолирующего материала. Аналогично этому Ом обуславливал возникновение электрического тока разностью потенциалов.
Исходя из этого Ом стал экспериментировать с разными материалами проводника. Для того, чтобы определить их проводимость он подключал их последовательно и подгонял их длину таким образом, чтобы сила тока была одинаковой во всех случаях.
Важно при таких измерениях было подбирать проводники одного и того же диаметра. Ом, замеряя проводимость серебра и золота, получил результаты, которые по современным данным не отличаются точностью. Так, серебряный проводник у Ома проводил меньше электрического тока, чем золотой. Сам Ом объяснял это тем, что его проводник из серебра был покрыт маслом и из-за этого, по всей видимости, опыт не дал точных результатов.
Однако не только с этим были проблемы у физиков, которые в то время занимались подобными экспериментами с электричеством.
Большие трудности с добычей чистых материалов без примесей для опытов, затруднения с калибровкой диаметра проводника искажали результаты тестов.
Еще большая загвоздка состояла в том, что сила тока постоянно менялась во время испытаний, поскольку источником тока служили переменные химические элементы. В таких условиях Ом вывел логарифмическую зависимость силы тока от сопротивления провода.
Немногим позже немецкий физик Поггендорф, специализировавшийся на электрохимии, предложил Ому заменить химические элементы на термопару из висмута и меди. Ом начал свои эксперименты заново. В этот раз он пользовался термоэлектрическим устройством, работающем на эффекте Зеебека в качестве батареи.
К нему он последовательно подключал 8 проводников из меди одного и того же диаметра, но различной длины. Чтобы измерить силу тока Ом подвешивал с помощью металлической нити над проводниками магнитную стрелку. Ток, шедший параллельно этой стрелке, смещал ее в сторону. Когда это происходило физик закручивал нить до тех пор, пока стрелка не возвращалась в исходное положение.
Исходя из угла, на который закручивалась нить можно было судить о значении силы тока.
Х = a / b + l
Здесь X – интенсивность магнитного поля провода, l – длина провода, a – постоянная величина напряжения источника, b – постоянная сопротивления остальных элементов цепи.
Если обратиться к современным терминам для описания данной формулы, то мы получим, что Х – сила тока, а – ЭДС источника, b + l – общее сопротивление цепи.
Закон Ома для участка цепи
Закон Ома для отдельного участка цепи гласит: сила тока на участке цепи увеличивается при возрастании напряжения и уменьшается при возрастании сопротивления этого участка.
I = U / R
Исходя из этой формулы, мы можем решить, что сопротивление проводника зависит от разности потенциалов. С точки зрения математики, это правильно, но ложно с точки зрения физики. Эта формула применима только для расчета сопротивления на отдельном участке цепи.
Закон Ома для полной цепи
Отличие закона Ома для полной цепи от закона Ома для участка цепи заключается в том, что теперь мы должны учитывать два вида сопротивления. Это «R» сопротивление всех компонентов системы и «r» внутреннее сопротивление источника электродвижущей силы. Формула таким образом приобретает вид:
Закон Ома для переменного тока
Переменный ток отличается от постоянного тем, что он изменяется с определенными временными периодами. Конкретно он изменяет свое значение и направление.
Чтобы применить закон Ома здесь нужно учитывать, что сопротивление в цепи с постоянным током может отличатся от сопротивления в цепи с током переменным. И отличается оно в том случае если в цепи применены компоненты с реактивным сопротивлением.
Реактивное сопротивление может быть индуктивным (катушки, трансформаторы, дроссели) и емкостными (конденсатор).
Попробуем разобраться, в чем реальная разница между реактивным и активным сопротивлением в цепи с переменным током. Вы уже должны были понять, что значение напряжение и силы тока в такой цепи меняется со временем и имеют, грубо говоря, волновую форму.
Если мы схематически представим, как с течением времени меняются эти два значения, у нас получится синусоида.
И напряжение, и сила тока от нуля поднимаются до максимального значения, затем, опускаясь, проходят через нулевое значение и достигают максимального отрицательного значения. После этого снова поднимаются через нуль до максимального значения и так далее.
Когда говорится, что сила тока или напряжение имеет отрицательное значение, здесь имеется ввиду, что они движутся в обратном направлении.
Весь процесс происходит с определенной периодичностью. Та точка, где значение напряжения или силы тока из минимального значения поднимаясь к максимальному значению проходит через нуль называется фазой.
На самом деле, это только предисловие. Вернемся к реактивному и активному сопротивлению. Отличие в том, что в цепи с активным сопротивлением фаза тока совпадает с фазой напряжения. То есть, и значение силы тока, и значение напряжения достигают максимума в одном направлении одновременно. В таком случае наша формула для расчета напряжения, сопротивления или силы тока не меняется.
Если же цепь содержит реактивное сопротивление, фазы тока и напряжения сдвигаются друг от друга на ¼ периода. Это означает, что, когда сила тока достигнет максимального значения, напряжение будет равняться нулю и наоборот. Когда применяется индуктивное сопротивление, фаза напряжения «обгоняет» фазу тока. Когда применяется емкостное сопротивление, фаза тока «обгоняет» фазу напряжения.
U = I ⋅ ωL
Где L – индуктивность реактивного сопротивления, а ω – угловая частота (производная по времени от фазы колебания).
U = I / ω ⋅ С
С – емкость реактивного сопротивления.
Эти две формулы – частные случаи закона Ома для переменных цепей.
I = U / Z
Здесь Z – полное сопротивление переменной цепи известное как импеданс.
Сфера применения
Закон Ома не является базовым законом в физике, это лишь удобная зависимость одних значений от других, которая подходит почти в любых ситуациях на практике. Поэтому проще будет перечислить ситуации, когда закон может не срабатывать:
- Если есть инерция носителей заряда, например, в некоторых высокочастотных электрических полях;
- В сверхпроводниках;
- Если провод нагревается до такой степени, что вольтамперная характеристика перестает быть линейной. Например, в лампах накаливания;
- В вакуумных и газовых радиолампах;
- В диодах и транзисторах.
Если изолированный проводник поместить в электрическое поле \(\overrightarrow{E} \), то на свободные заряды \(q\) в проводнике будет действовать сила \(\overrightarrow{F} = q\overrightarrow{E}\) В результате в проводнике возникает кратковременное перемещение свободных зарядов. Этот процесс закончится тогда, когда собственное электрическое поле зарядов, возникших на поверхности проводника, скомпенсирует полностью внешнее поле. Результирующее электростатическое поле внутри проводника будет равно нулю.
Однако, в проводниках при определенных условиях может возникнуть непрерывное упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда.
Направленное движение заряженных частиц называется электрическим током.
За направление электрического тока принято направление движения положительных свободных зарядов. Для существования электрического тока в проводнике необходимо создать в нем электрическое поле.
Количественной мерой электрического тока служит сила тока \(I\) — скалярная физическая величина, равная отношению заряда \(\Delta q\), переносимого через поперечное сечение проводника (рис. 1.8.1) за интервал времени \(\Delta t\), к этому интервалу времени:
$$I = \frac{\Delta q}{\Delta t} $$
Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называется постоянным.
В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в Амперах (А). Единица измерения тока 1 А устанавливается по магнитному взаимодействию двух параллельных проводников с током.
Постоянный электрический ток может быть создан только в замкнутой цепи, в которой свободные носители заряда циркулируют по замкнутым траекториям. Электрическое поле в разных точках такой цепи неизменно во времени. Следовательно, электрическое поле в цепи постоянного тока имеет характер замороженного электростатического поля.
Но при перемещении электрического заряда в электростатическом поле по замкнутой траектории, работа электрических сил равна нулю. Поэтому для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической цепи устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками постоянного тока.
Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами.
Источник: https://tractorillo.ru/zakon-oma-v-razlichnyh-formah-zakony-oma-i-kirhgofa/
Закон Ома для цепей переменного и постоянного тока
Закон Ома является одним из основных законов электротехники. Он довольно прост и применяется при расчете практически любых электрических цепей. Но данный закон имеет некоторые особенности работы в цепях переменного и постоянного тока при наличии в цепи реактивных элементов. Эти особенности нужно помнить всегда.
Закон Ома для цепи постоянного тока
Классическая схема закона Ома выглядит так:
А звучит и того проще – ток, протекающей на участке цепи, будет равен отношению напряжения цепи к ее сопротивлению, что выражается формулой:
Но ведь мы знаем, что помимо активного сопротивления R, существует и реактивные сопротивления индуктивности ХL и емкости XC. А ведь согласитесь, что электрические схемы с чисто активным сопротивлением встречаются крайне редко. Давайте рассмотрим схему, в которой последовательно включена катушка индуктивности L, конденсатор С и резистор R:
Помимо чисто активного сопротивления R, индуктивность L и емкость С имеют и реактивные сопротивления ХL и XC, которые выражены формулами:
Где ω это циклическая частота сети, равная ω = 2πf. f – частота сети в Гц.
Для постоянного тока частота равна нулю (f = 0), соответственно реактивное сопротивление индуктивности станет равным нулю (формула (1)), а емкости – бесконечности (2), что приведет к разрыву электрической цепи. Отсюда можно сделать вывод, что реактивное сопротивление элементов в цепях постоянного напряжения отсутствует.
Закон Ома для цепи переменного тока
Если рассматривать классическую электрическую цепь и на переменном токе, то она практически ничем не будет отличаться от постоянного тока, только источником напряжения (вместо постоянного — переменное):
Соответственно и формула для такого контура останется прежней:
Но если мы усложним схему и добавим к ней реактивных элементов:
Ситуация изменится кардинально. Теперь f у нас не равна нулю, что сигнализирует о том, что помимо активного, в цепь вводится и реактивное сопротивление, которое также может влиять на величину тока, протекаемого в контуре и приводить к резонансу. Теперь полное сопротивление контура (обозначается как Z) и оно не равно активному Z ≠ R. Формула примет следующий вид:
Соответственно немного изменится и формула для закона Ома:
Почему это важно?
Знание этих нюансов позволит избежать серьезных проблем, которые могут возникнуть при неправильном подходе к решению некоторых электротехнических задач. Например, в контур переменного напряжения подключена катушка индуктивности со следующими параметрами: fном = 50 Гц, Uном = 220 В, R = 0,01 Ома, L = 0,03 Гн. Ток, протекающий через данную катушку будет равен:
Где:
В случае, если подать на эту же катушку постоянное напряжение с таким же значением, получим:
Мы видим, что ток катушки возрастает в разы, что приводит к выходу из строя элементов контура.
Источник: https://elenergi.ru/zakon-oma-dlya-cepej-peremennogo-i-postoyannogo-toka.html
Закон Ома. Физика. 8 класс. Разработка урока
Тип урока: изучение нового материала.
Цели:
- образовательные: установить зависимость между силой тока, напряжением на однородном участке электрической цепи и сопротивлением этого участка, сформулировать закон Ома для участка цепи, научиться применять его при решении задач;
- развивающие: развивать умения сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты экспериментов; продолжить формирование умений пользоваться теоретическими и экспериментальными методами физической науки для обоснования выводов по изучаемой теме и для решения задач.
- воспитательные: воспитывать чувство уважения к товарищу при работе в группах, учащиеся должны убедиться в том, что: законы физики являются отражением тех связей, которые существуют в природе.
Задачи (шаги, с помощью которых достигаются цели урока):
- усвоить, что сила тока прямо пропорциональна напряжению на концах проводника, если при этом сопротивление проводника не меняется;
- усвоить, что сила в участке цепи обратно пропорциональна его сопротивлению, если при этом напряжение остается постоянным;
- знать закон Ома для участка цепи;
- уметь определять силу тока; напряжения по графику зависимости между этими величинами и по нему же – сопротивление проводника;
- уметь наблюдать, сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты демонстрационного эксперимента;
- уметь применять закон Ома для участка цепи при решении задач;
- отрабатывать навыки проверки размерности;
- отрабатывать навыки соотношения полученных результатов с реальными значениями величин.
Использованные источники (книги с указанием автора, названия, издательства, года издания; ссылки на сайты, с которых была взята информация для урока):
1. Актуализация знаний. (Сценка)
1 ученик: «Ура, свобода! Семь уроков закончилось. Пойдем домой»
2 ученик: «Вы сейчас дома что будете делать?»
3 ученик: « Я сяду за компьютер, пока родители не пришли с работы. А то они твердят одно и то же: «Ты уроки делал? На носу экзамены? Как будто мне больше нечем заняться»
1 ученик: «А я обед разогрею в микроволновке. Кушать хочется»
2 ученик: «А я телек посмотрю, а то что – то я сегодня устал»
3 ученик: « Не мудрено, семь уроков!!!Бедные, мы бедные. Все в голове перемешалось: суффикс, алгоритм, биоценоз, дифференциация, интеграция, синтез»
1 ученик: каждый учитель думает, что его предмет самый важный, вот и требует с нас по полной. А у нас голова то одна»
2 ученик: «Ты прав. Вот сегодня, например, Наталья Викторовна весь урок говорила одно и то же: «Электричество нужно. Электричество важно. Что в нем такого важного и нужного? »
(Далее звучит сообщение о том, что из-за непогоды произошел обрыв проводов и приостановлена подача электричества)
1 ученик: «Что же мы теперь будем делать? Я кушать хочу!
2 ученик: «А я теперь на новый уровень в игре не пройду»
3 ученик: «И телевизор не посмотришь. Серию любимого сериала пропущу»
2. Проверка знаний
№1. На рисунке 1 изображены условные обозначения, применяемые на схемах. Каким номером обозначены?
1. Первым.2. Вторым3. Третьим4. Четвертым 5. Пятым |
Источник: https://rosuchebnik.ru/material/zakon-oma-fizika-8-klass-razrabotka-uroka574/
Закон Ома
Закон Ома, основанный на опытах, представляет собой в электротехнике основной закон, который устанавливает связь силы электрического тока с сопротивлением и напряжением.
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.
Георг Симон Ом
Закон Ома – полученный экспериментальным путём (эмпирический) закон, который устанавливает связь силы тока в проводнике с напряжением на концах проводника и его сопротивлением, был открыт в 1826 году немецким физиком-экспериментатором Георгом Омом.
Строгая формулировка закона Ома может быть записана так: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на его концах (разности потенциалов) и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника.
Формула закона Ома записывается в следующем виде:
где
I – сила тока в проводнике, единица измерения силы тока — ампер [А];
U – электрическое напряжение (разность потенциалов), единица измерения напряжения- вольт [В];
R – электрическое сопротивление проводника, единица измерения электрического сопротивления — ом [Ом].
Согласно закону Ома, увеличение напряжения, например, в два раза при фиксированном сопротивлении проводника, приведёт к увеличению силы тока также в два раза
И напротив, уменьшение тока в два раза при фиксированном напряжении будет означать, что сопротивление увеличилось в два раза.
Рассмотрим простейший случай применения закона Ома. Пусть дан некоторый проводник сопротивлением 3 Ом под напряжением 12 В. Тогда, по определению закона Ома, по данному проводнику течет ток равный:
Существует мнемоническое правило для запоминания этого закона, которое можно назвать треугольник Ома. Изобразим все три характеристики (напряжение, сила тока и сопротивление) в виде треугольника. В вершине которого находится напряжение, в нижней левой части – сила тока, а в правой – сопротивление.
Правило работы такое: закрываем пальцем величину в треугольнике, которую нужно найти, тогда две оставшиеся дадут верную формулу для поиска закрытой.
Где и когда можно применять закон Ома?
Нужна помощь в написании работы?
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
Закон Ома определяет силу тока в электрической цепи при заданном напряжении и известном сопротивлении.
Он позволяет рассчитать тепловые, химические и магнитные действия тока, так как они зависят от силы тока.
Закон Ома является чрезвычайно полезным в технике(электронной/электрической), поскольку он касается трех основных электрических величин: тока, напряжения и сопротивления. Он показывает, как эти три величины являются взаимозависимыми на макроскопическом уровне.
Если бы было можно охарактеризовать закон Ома простыми словами, то наглядно это выглядело бы так:
Из закона Ома вытекает, что замыкать обычную осветительную сеть проводником малого сопротивления опасно. Сила тока окажется настолько большой, что это может иметь тяжелые последствия.
Источник: https://zakon-oma.ru/
Все виды законов Ома
В 1826 году немецкий ученый Георг Ом совершил открытие и описал
эмпирический закон о соотношении между собой таких показателей как сила тока, напряжение и особенности проводника в цепи. Впоследствии, по имени ученого он стал называться закон Ома.
В дальнейшем выяснилось, что эти особенности не что иное, как сопротивление проводника, возникающее в процессе его контакта с электричеством. Это внешнее сопротивление (R). Есть также внутреннее сопротивление (r), характерное для источника тока.
Закон Ома для замкнутой цепи
Сила тока полной цепи равна ЭДС, деленной на сумму сопротивлений однородного и неоднородного участков цепи.
Замкнутая сеть имеет одновременно сопротивления внутреннего и внешнего характера. Поэтому формулы отношения будут уже другими.
I = E/ Rвн+r
Где E – электродвижущая сила (ЭДС), R- внешнее сопротивление источника, r-внутреннее сопротивление источника.
Закон Ома для неоднородного участка цепи
Замкнутая электрическая сеть содержит участки линейного и нелинейного характера. Участки, не имеющие источника тока и не зависящие от стороннего воздействия являются линейными, а участки, содержащие источник – нелинейными.
Закон Ома для участка сети однородного характера был изложен выше. Закон на нелинейном участке будет иметь следующий вид:
I = U/ R = f1 – f2 + E/ R
Где f1 – f2 – разница потенциалов на конечных точках рассматриваемого участка сети
R – общее сопротивление нелинейного участка цепи
ЭДС нелинейного участка цепи бывает больше нуля или меньше. Если направление движения тока, идущего из источника с движением тока в электрической сети, совпадают, будет преобладать движение зарядов положительного характера и ЭДС будет положительная. В случае же совпадения направлений, в сети будет увеличено движение отрицательных зарядов, создаваемых ЭДС.
