Открыт закон Ома . Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек
Еще в 1729 г. английский физик Грей обнаружил, что электрический заряд свободно передается от одних тел к другим при наличии своеобразного моста, иными словами, вещества-посредника. Скажем, медная проволока вполне могла служить таким посредником, она хорошо проводила электричество. По шелковой нити же электричество не распространялось, что позволило в дальнейшем использовать этот материал в качестве изоляции. Грей, т. о., пришел к выводу, что в природе существуют проводники и непроводники электричества.
Движение зарядов по проводникам от одного тела к другому ученые назвали электрическим током. К открытию природы электрического тока физиков подвели работы Л. Гальвани и А. Вольта, а также некоторых других исследователей электричества. В частности, Вольта приходит к выводу о существовании разности электрических потенциалов в замкнутой цепи, которую сам же первым собрал. Ученый после открытия контактной разности потенциалов составил т.
Ранее рассказывалось, что при сочетании разных металлов в гальваническом элементе производится неодинаковый ток, поскольку они заряжены неодинаково. Физик описал сущность контактной разности потенциалов так: «В силу такого соприкосновения электрический флюид (заряд) гонится от… металлов, от одного больше, от другого меньше (больше всего от цинка, меньше всего от серебра)». Вольта выстроил ряд из разнородных металлов, взятых в контакте, по возрастающему напряжению между ними.
В начале 1820-х гг. А. Ампер вводит в физику понятие силы тока и находит способы измерения этой силы. Немецкий ученый Г. С. Ом решает заняться исследованиями электричества, а в первую очередь изучением количественных соотношений напряжения и силы тока. В 1826 г. в результате своих изысканий Ом пришел к выводу, что напряжение прямо пропорционально силе тока и неизвестной величине, которая выражает собой противодействие среды движущимся зарядам. Электрическое сопротивление проводника сдерживало течение тока.
На протяжении последующих десятилетий закон не обращал на себя внимания. Лишь с начала второй половины XIX столетия известные исследователи электрических явлений, такие как Г. Кирхгоф, К. Гаусс, Э. X. Ленц и Б. С. Якоби, признали исключительную важность закона Ома для изучения свойств тока и его работы. Они стали широко применять понятие электрического сопротивления в своих изысканиях и тем самым ввели закон в употребление. На сегодняшний день не найдется ни одного инженера, который не знал бы закона Ома. Между прочим, в 1881 г., уже после смерти этого физика, Международный конгресс электриков решил назвать единицу сопротивления именем ученого — первооткрывателя данного свойства проводников.
Сегодня известно, что движение зарядов в проводнике происходит весьма удивительным образом. В любом твердом теле, обладающем кристаллической решеткой, всегда существуют свободные электроны. Они являются общими для всех атомов, расположенных в узлах решетки, и переходят с орбиты вокруг одного атома на орбиту вокруг другого.
Если на концах замкнутой цепи создать разность потенциалов (напряжение), то заряды придут в упорядоченное движение. Оно и называется электрическим током. Однако характер движения электронов не будет претерпевать существенных изменений. Заряженные частицы по-прежнему перемещаются в таком проводнике, перепрыгивая от одного заряженного ядра к другому. Это их сильно тормозит и вызывает, т. о., потерю энергии.
Нетрудно понять, что расходуемая электронами энергия превращается в теплоту. Разные вещества обладают неодинаковым сопротивлением, поскольку имеют различное атомарное или молекулярное строение. Положительно заряженные атомные ядра в узлах решетки неодинаково воздействуют на поток свободных электронов, но в зависимости от величины своих зарядов и плотности размещения в решетке.
Реально ли победить электрическое сопротивление. Полностью этого добиться невозможно, однако значительно уменьшить его вполне допустимо. Эффект сверхпроводимости был открыт в 1911 г. нидерландским физиком Г. Камерлинг-Ониссом. Он установил, что при очень низких температурах металлы и сплавы почти на 100 % утрачивают способность тормозить ток, поэтому электрическая энергия начинает в полном смысле слова течь по проводнику, не испытывая и малейших затрат. К сожалению, физиков вскоре ждало разочарование, поскольку использовать сверхпроводники для передачи тока высокого напряжения невозможно.
Требовались дальнейшие исследования, которые были призваны установить, что именно мешает человеку применять в промышленности перспективные материалы. Природа загадочного явления получила научное объяснение только в 1957 г. в работах отечественного физика Н. Н. Боголюбова и американцев Дж. Бардина, Дж. Шриффера и Л. Купера. Оказывается, в сверхпроводниках электроны объединяются в пары.
Сегодня установлено, что ряд материалов можно заставить работать, как сверхпроводники, при сравнительно высоких температурах. Это явление получило название высокотемпературной сверхпроводимости. Изучены и многие другие любопытные свойства проводников такого рода. Возможности практического применения открытого явления рассматривает криоэлектроника и ряд других наук. Приставка в названии криоэлектроники, происходящая от греческого слова krios, означает в переводе на русский язык «мороз, холод» и подразумевает, что такая электроника работает при специальном охлаждении.
Проводники способны не только увеличивать свои проводящие способности, но и снижать их. Во-первых, проводимость вещества зависит от размеров конкретного образца.
Если взять ничтожно мелкую частицу металла, то она не обязательно будет проводником, хотя сам металл таковым является.
Эти частицы ведут себя одновременно и как электромагнитные волны. Если внутри крупицы металла определенных размеров электроны-корпускулы и могли бы передвигаться, то волны здесь двигаться никак не могут. Для проявления волновых свойств электронов в крупицах определенного размера просто не хватает места. Предельный размер был найден опытным путем, он составляет 10 нм. Именно такую величину должны иметь крупицы проводника, чтобы он полностью потерял свои проводящие свойства.
Может показаться, что эти исследования носят чисто академический характер. На самом же деле практическое значение открытия колоссально, поскольку оно показывает нам на предел миниатюризации интегральных схем. Современные чипы уже давно собираются из элементов, габариты которых отвечают уровню микромира.
Утрата проводимости при уменьшении размеров до 10 нм служит естественным препятствием для дальнейшей миниатюризации схем и заставляет искать обходные пути для последующего развития электронной техники.
Закон Ома в электронных сигаретах
#О ВЕЙПИНГЕ
- Сообщение от [SHERLOCK]
03 Окт
Закон Ома в электронных сигаретах
Вспоминаем школьный курс физики
Каждый вейпер должен понимать основные физические процессы, которые происходят в электронном испарителе при подаче напряжения. Не только ради безопасности, но и для того, чтобы эффективно использовать возможности устройства. Работа любого электронного испарителя строится на принципах закона Ома.
Закон Ома был открыт в 1826 году немецким физиком Георгом Омом. Открытие Ома впервые дало возможность количественно оценить явления электрического тока. Это открытие имело огромное значение для науки. Рассмотрим, как закон Ома применяется к электронным сигаретам.
Закон Ома — это физический закон, определяющий связь электрического напряжения с силой тока и сопротивлением проводника. Выглядит он следующим образом:
U = I x R,
где U — напряжение (измеряется в вольтах), I — сила тока (в амперах), R —сопротивление элементов цепи (изменяется в Омах).
Сила тока отражает скорость движения электрического заряда по проводнику (в нашем случае — спирали) и зависит от напряжения и сопротивления.
Напряжение аккумулятора — разность потенциалов между контактами батареи. Оно характеризует силу, с которой ток пойдет через спираль. Чем больше напряжение батареи, тем быстрее она отдает ток, тем быстрее нагреется спираль. Напряжение изменяется в зависимости от степени заряженности аккумулятора. В аккумуляторах 18650 напряжение находится в пределах от 4.2 В (заряженный) до 3.2 В (разряженный).
Сопротивление — это свойство спирали препятствовать прохождению электрического тока.
Проще говоря, по спирали с низким сопротивлением тока пройдет больше, соответственно и нагреваться она будет быстрее и сильнее.
Для получения большого количества вкусного пара нам необходимо нагреть спираль, которая будет испарять жидкость. Важно, чтобы большой объем жидкости мог нагреваться и испаряться быстро — но не слишком быстро. Иначе в какой-то момент с хлопка испарится вся жидкость, а новая не успеет пропитать фитиль, и он подгорит.
Сама схема работы испарителя довольна проста. Электронный испаритель, используя напряжение батареи (U), проводит ток (I) через спираль, преодолевая сопротивление (R), вследствие чего происходит нагрев спирали. Спираль, нагреваясь, испаряет жидкость, превращая ее в пар.
Сопротивление зависит от материала спирали, ее диаметра и длины. Спираль может быть выполнена из таких материалов, как фехраль (кантал), нихром, никель, титан, нержавеющая сталь.
Фехраль (FeCrAl), или кантал — это сплав железа, хрома и алюминия. Нихром (nichrome) — общее название группы сплавов, которые состоят из никеля и хрома.
Проволоки из фехрали и нихрома обладают высоким удельным электрическим сопротивлением при минимальном температурном коэффициенте, то есть нагреваются довольно быстро, почти не меняя своего сопротивления. Благодаря этому кантал и нихром широко применяются в качестве материала для спиралей. Диаметр используемой проволоки варьируется от 0.2 до 1 миллиметра.
Мы уже говорили, что по спирали с низким сопротивлением пройдет больше тока, поэтому нагреется она сильнее. Очевидно, что чем меньше диаметр используемой проволоки, тем выше сопротивление, и наоборот, чем диаметр проволоки больше, тем сопротивление ниже. Также на сопротивление спирали влияет и общая длина проводника, в нашем случае это количество витков спирали. Чем больше витков, тем сопротивление выше, и наоборот.
Каждый вейпер должен понимать процессы, которые происходят в электронном испарителе. Это обеспечит не только безопасность, но и получение максимального удовольствия от парения.
Что такое закон Ома: формула закона Ома, история и применение
Насколько хорошо вы знаете закон Ома, фундаментальное правило электрического тока?
Электрический ток, протекающий через лампочку.
Thurtell/iStock
Электрический ток, который приводит в действие вентиляторы и чайники в наших домах, регулируется законом Ома, фундаментальным правилом электрического тока, которое было дано Георгом Омом в 1827 году. Широкую применимость этого закона можно понять из того факта, что, несмотря на то, что он был сформулирован почти 200 лет назад, он актуален и сегодня и актуален почти для всех нас в повседневной жизни.
Независимо от того, включаете ли вы комнатный обогреватель или настраиваете утюг на режим хлопка, закон Ома позволяет вам достичь желаемого тока для ваших конкретных нужд. В мире физики этот закон считается значимым и важным способом определения величины электрического тока, протекающего по проводнику.
Что такое закон Ома?
Треугольник Ома0002 Закон Ома объясняет взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением. В нем говорится, что при постоянной температуре и физических условиях величина электрического тока (I) через металлический проводник в цепи прямо пропорциональна напряжению (V).
Ом выразил это открытие в виде простого уравнения, описывающего взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением: Здесь V = напряжение (вольты),
I = ток (ампер)
и R = сопротивление (Ом)
воды через трубу. При большем давлении воды из трубы выйдет больше воды. Точно так же при заданном значении сопротивления, когда к проводнику приложено большее напряжение, будет протекать больший ток. Закон Ома также означает, что если мы знаем значения любых двух из напряжения, тока или сопротивления в цепи, мы можем определить третье.
Получение закона Ома из модели Друде Модель Друде. Источник: Rafaelgarcia/Wikimedia Commons В 1900 году Пол Друде предложил модель Друде, упрощающую объяснение движения электронов в твердом теле, например в металле. В модели использовалась классическая механика для рассмотрения твердого тела как фиксированного массива ядер в «море» несвязанных электронов, а также кинетическая теория газов для оценки скорости дрейфа.
Друде использовал следующую формулу для расчета средней дрейфовой скорости электронов и аппроксимации проводимости ряда невалентных металлов:
Наиболее популярные
P = -EEτ
Здесь, p = средний импульс
-E = заряд электрона
= Среднее время между
. быть прямо пропорциональна электрическому полю, поскольку и плотность тока, и импульс пропорциональны скорости дрейфа. Применив закон Ома к своей модели движения электронов, Друде смог построить модели, предсказывающие свойства электронного транспорта металлов.
История закона Ома
Источник: BerndGehrmann/Wikimedia Commons В 1827 году закон Ома был представлен в книге Георга Ома «Гальваническая цепь, математически разработанная» , но, несмотря на то, что он был настолько фундаментальным для физики электричества, этот закон не не был хорошо принят другими учеными и критиками в то время.
Министр образования Германии того времени считал открытия Георга Ома ересью и говорил, что «…физик, исповедующий такие ереси, недостоин преподавать науку».
В последующие годы Ом жил в бедности, репетиторствовал в Берлине частным образом, пока в 1833 году не стал директором Нюрнбергской политехнической школы. В 1841 году Королевское общество в Лондоне признало важность его открытия и наградило его премией Копли. медаль. В следующем году они приняли его в члены.
В 1849 году, всего за 5 лет до своей смерти, мечта всей жизни Ома осуществилась, когда он получил должность профессора экспериментальной физики в Мюнхенском университете.
Закон Ома получил широкое признание, и, помимо науки об электричестве, он также оказался полезным применением к конструкции телеграфной системы, по сравнению с предыдущим законом, данным Питером Барлоу, который ранее ошибочно заключил сила тока была пропорциональна площади поперечного сечения проводника.
Даже современные теории, определяющие электромагнетизм и электрические цепи, не противоречат закону Ома.
Удивительно, но закон работает даже на атомарном уровне; электрический ток через кремниевые провода, состоящие из 5 атомов, все еще течет по соотношению, заданному законом Ома.
Последние тенденции
Законы, выведенные Георгом Омом, до сих пор являются предметом дискуссий и экспериментов ученых всего мира. Каждый год проводятся многочисленные исследования, которые либо вдохновлены принципами Ома, либо пытаются избежать их влияния.
В 2019 году исследователи из Калифорнийского университета в Беркли провели эксперимент по улучшению ионной проводимости в литий-ионных батареях. В этом эксперименте была предложена обновленная версия закона Ома для анализа величины тока через бинарные электролиты, в которой для управления током использовался потенциал постоянного тока.
Этот эксперимент был проведен в рамках попытки усовершенствовать технологию литий-ионных аккумуляторов, которая питает нынешнее поколение электромобилей, ноутбуков, смартфонов, аэрокосмических устройств и даже некоторых военных технологий.
В мае 2020 года еще один такой же интересный эксперимент провела группа ученых из Окинавского института науки и технологий последипломного университета (OIST).
В то время как закон Ома предполагает, что, когда сопротивление делится поровну между двумя путями, электроны делятся поровну по тем же путям, Отдел квантовой динамики в OIST провел эксперименты, чтобы найти любое отклонение в движении электронов, когда они находятся в жидкости, а не в твердая среда.
Эксперименты, проведенные учеными из отдела квантовой динамики, выявили некоторые интересные детали поведения риплополяронов (электронов, захваченных тяжелой жидкостью) и обнаружили, что в определенных ситуациях движения электронов следуют закону сохранения импульса, а не закону Ома. Закон.
Интересные факты о законе Ома
Источник: T_Tide/Pixabay Применение закона Ома (основанного на V = IR) ограничено только цепями с постоянным током (DC) и не работает при наличии переменного тока (AC) течет по цепи.
Этот закон также связан с конструкцией и функционированием современных электронных устройств, таких как смартфоны, ноутбуки и зарядные устройства, работающие от постоянного тока. Это позволяет инженерам рассчитать адекватную подачу энергии через эти устройства.
Единица сопротивления названа Ом (Ом) в честь Георга Ома в честь его вклада в области физики.
Говорят, что этот популярный закон физики впервые был открыт английским физиком Генри Кавендишем, который никогда не публиковал свои научные выводы об электрическом токе. Позже, когда Ом проводил собственное исследование связи между напряжением и током, он наткнулся на аналогичные открытия и опубликовал закон под своим именем.
Амперметр постоянного тока используется для измерения значения постоянного тока в любом устройстве постоянного тока, также подчиняющемся этому закону.
Предохранители и резисторы, препятствующие прохождению электрического тока и служащие предохранительными элементами в электронных устройствах, функционируют в соответствии с формулами, указанными в законе Ома.
Для вас
Наука
Интересная инженерия освещает различные геологические особенности Марса, в том числе обнаруженные марсоходом НАСА Curiosity во время его 10-летнего путешествия.
Саде Агард | 26.11.2022
наука«Давайте построим кольцо»: как 360-градусное изображение, размещенное в Facebook, вдохновило на создание амбициозного научно-фантастического фильма
Пол Ратнер| 08.10.2022
наукаНовый подход к мембранному опреснению может обеспечить получение питьевой воды из морской воды
Sade Agard| 24.08.2022
Еще новости
наука
Голубой водород: как «вымышленное вещество» топливной промышленности может ввести в заблуждение
Разговор| 15.01.2023
наука
Бессмертная медуза: Ученые расшифровывают гены, чтобы узнать секреты
Разговор| 14.
01.2023
наука
Эти недавно обнаруженные черные дыры снова и снова поглощают звезды
Лукия Пападопулос| 13.01.2023
Новый взгляд на закон Ома | Elektor Magazine
Clemens Valens 07 апреля 2016
By Clemens Valens на General
Кто не знает Закон Ома? Я не уверен, но я думаю, что этому учат (и сразу же забывают) большинство детей в возрасте 14-15 лет. Георг Симон Ом родился в Германии в 1789 году., опубликовал свои ныне известные открытия в 1827 году.
Примерно сорок лет спустя единицей электрического сопротивления стал ом, и он настолько прижился, что мы используем его до сих пор.
Кавендиш, человек, взвесивший землю
Но знаете ли вы, что Джеймс Клерк Максвелл — действительно, тот самый, кто предположил, что электричество, свет и магнетизм могут быть связаны, и придумал набор дифференциальных уравнений в частных производных в поддержку своего предположения — опубликовал еще в 1879 году неизвестную работу Генри Кавендиша, человек, который взвесил землю, обнаружив, что Кавендиш открыл закон Ома более чем за 50 лет до Ома? Еще до рождения Ома?
Поскольку Кавендиш не опубликовал свой закон, никто о нем не знал, поэтому комитет Королевского общества, предложивший ом в качестве единицы электрического сопротивления, не может быть обвинен в этой серьезной несправедливости. Или может?
Знал ли Максвелл?
Кавендиш умер в 1810 году, задолго до публикации закона Ома.