Закон ома для неполной цепи: Закон ома для неполной цепи

разница с выражением для участка контура, определение, формула

Среди известных широкой общественности физических формул лидирует E=mc². По популярности с ней может соперничать только U=IR. Это простое выражение имеет фундаментальное значение для электротехники и описывает математически соотношение между параметрами участка электрической цепи. Менее известен закон Ома для полной цепи, который рассматривает нагрузку неотделимо от источника напряжения.

Основные понятия

Электрический ток течёт, когда замкнутый контур позволяет электронам перемещаться от высокого потенциала к более низкому в цепи. Иначе говоря, ток требует источника электронов, обладающего энергией для приведения их в движение, а также точки их возвращения отрицательных зарядов, для которой характерен их дефицит. Как физическое явление ток в цепи характеризуется тремя фундаментальными величинами:

• напряжение;
• сила тока;
• сопротивление проводника, по которому движутся электроны.

Сила и напряжение

Сила тока (I, измеряется в Амперах) есть объём электронов (заряд), перемещающихся через место в цепи за единицу времени. Иными словами, измерение I — это определение количества электронов, находящихся в движении. Важно понимать, что термин относится только к движению: статические заряды, например, на клеммах неподсоединённой батареи, не имеют измеряемого значения I. Ток, который протекает в одном направлении, называется постоянным (DC), а периодически изменяющий направление — переменным (AC).

Вольт — единица измерения, применяемая для электрической разницы потенциалов, самого потенциала и электродвижущей силы. Термин напряжение (U) относится к электрической разности потенциалов между точками. Любые статические заряды имеют значение в Вольтах, а величина их разности определяется как U.

Напряжение можно проиллюстрировать таким явлением, как давление, или как разность потенциальной энергии предметов под воздействием гравитации. Для того чтобы создать этот дисбаланс, нужно затратить предварительно энергию, которая и будет реализована в движении при соответствующих обстоятельствах. Например, в падении груза с высоты реализуется работа по его подъёму, в гальванических батареях разность потенциалов на клеммах образуется за счёт преобразования химической энергии, в генераторах — в результате воздействия электромагнитного поля.

Сопротивление проводников

Независимо от того, насколько хорош обычный проводник, он никогда не будет пропускать сквозь себя электроны без какого-либо сопротивления их движению. Можно рассматривать сопротивление как аналог механического трения, хотя это сравнение не будет совершенным. Когда ток протекает через проводник, некоторая разность потенциалов преобразуется в тепло, поэтому всегда будет падение напряжения на резисторе. Электрические обогреватели, фены и другие подобные устройства предназначены исключительно для рассеивания электрической энергии в виде тепла.

Упрощённо сопротивление (обозначается как R) является мерой того, насколько поток электронов тормозится в цепи. Оно измеряется в Омах. Проводимость резистора или другого элемента определяется двумя свойствами:

• геометрией;
• материалом.

Форма имеет важнейшее значение, это очевидно на гидравлической аналогии: протолкнуть воду через длинную и узкую трубу гораздо тяжелее, чем через короткую и широкую. Материалы играют определяющую роль. Например, электроны могут свободно перемещаться в медном проводе, но не способны протекать вообще через такие изоляторы, как каучук, независимо от их формы. Кроме геометрии и материала, существуют и другие факторы, влияющие на проводимость.

Закон для участка цепи

Существует фундаментальная связь между напряжением, током и проводимостью. Это знаменитое уравнение называется законом Ома, и его можно отобразить тремя эквивалентными способами:

Выраженный в словах он звучит так: ток, протекающий через проводник между двумя контактами, прямо пропорционален напряжению на этих контактах.

Первые два выражения фиксируют константу пропорциональности между током и напряжением. Последнее можно рассматривать как определение для единичного резистора — элемента, позволяющего протекать единице тока под единичным напряжением.

Приведённые математические соотношения — основа для электротехники и электроники. Закон был назван в честь немецкого физика Георга Симона Ома, который в монографии, опубликованной в 1827 г., описал измерения приложенного напряжения и тока с помощью простых электрических цепей, состоящих из проводов различной длины.

Исследователь объяснил свои экспериментальные результаты несколько сложнее, чем отражено в приведённых уравнениях, известных в современной физике как неполный закон Ома. Для того чтобы сформулировать закон Ома для полной электрической цепи, необходимо оперировать понятиями внутреннего сопротивления источника тока и электродвижущей силы.

Электродвижущая сила

Перемещение электронов в любом источнике создаётся с помощью сторонних сил. Их природа может быть различной. В гальванических элементах или аккумуляторах они возникают в результате электрохимических процессов. В генераторах тока они появляются как результат движения проводников в магнитном поле. Источник тока в электрической схеме играет ту же роль, что и насос, перекачивающий жидкость в замкнутой гидравлической системе.

Под воздействием внешних сил заряды двигаются внутри источника тока против сил электростатического поля. Это позволяет поддерживать постоянный ток в замкнутом контуре до тех пор, пока работают внешние силы. Физическая величина, равная отношению затраченной энергии сторонних сил на перемещение заряда, называется электродвижущей силой источника тока. Она может быть представлена формулой ℰ = A/q. В этом выражении:

• ℰ — ЭДС в вольтах;
• A — работа в джоулях;
• q — заряд в кулонах.

По аналогии с замкнутой гидравлической системой и насосом, электрические заряды протекают непрерывно по всему контуру, и привести их в движение могут только внешние силы. Это означает, что работу по перемещению заряда любым источником можно рассматривать как ЭДС и измерять в вольтах. Вывод о модели цепи с источником, в которой протекает ток, как о замкнутом контуре крайне важен для понимания закона Ома для полного участка цепи.

Внешнее и внутреннее сопротивление

Все батареи и генераторы обладают внутренним сопротивлением: электроды и электролиты неабсолютные проводники, как и провода обмоток электрических машин. Оно может варьироваться от тысячных долей ома до нескольких ом. Этот физический параметр является ключевым в законе Ома для всей цепи.

В качестве математических моделей для рассмотрения и иллюстрации электрических процессов различают:

• Идеальный источник тока (ИИТ). Генерирует электрический ток, не зависящий от изменений напряжения. Внутреннее сопротивление ИИТ бесконечно, напряжение полностью определяется подключённой схемой. Ни один физический источник тока не может работать в условиях разрыва цепи, поэтому ИИТ возможен только в качестве абстрактной модели.
• Идеальный источник напряжения (ИИН). Представляет собой устройство, поддерживающее постоянное выходное напряжение независимо от тока, протекающего по контуру. Обладает нулевым внутренним сопротивлением. ИИН удобен для моделирования практических источников, которые можно представить как ИНН с подключённым резистором.

Внутренне сопротивление источника электрической энергии является фактором обеспечения максимальной мощности для подключённой к нему нагрузки. Наиболее эффективный перенос энергии происходит, когда внешнее сопротивление значительно превышает внутреннее у источника.

Например, свинцово-кислотные аккумуляторы автомобиля, благодаря низкому внутреннему сопротивлению, способны создавать относительно высокие токи при сравнительно низком напряжении. Однако, с другой стороны, высоковольтные источники должны иметь высокое внутренне сопротивление, чтобы ограничить количество тока, протекающего в результате случайного короткого замыкания.

Полный закон

Выражение U=IR описывает явления во фрагменте электрической цепи, через которую протекает ток. В этом уравнении не принимается во внимание наличие источников. Если исправить такое упрощение, то можно получить формулу закона Ома для полной цепи: ℰ =I (R+r).

В этом уравнении предусмотрено наличие в контуре источника питания электродвижущей силы ℰ c внутренним сопротивлением r. Поскольку ЭДС — практически величина, зависящая от внешних сил, то физический смысл имеет расчёт силы тока для полной цепи при помощи выражения: I=ℰ/(R+r).

Таким образом, полный постулат Ома гласит о зависимости силы тока в замкнутом контуре от внутреннего сопротивления его источника, то есть учитывает сопротивление электролита и электродов для гальванических элементов и проводимость обмоток генераторов. Основное практическое применение — расчёт силы тока в линейных электрических цепях DC, определение мощности и импеданса любых элементов цепи.

Закон Ома для неоднородного участка цепи

| на главную | доп. материалы | физика как наука и предмет | электричество и электромагнетизм |

Организационные, контрольно-распорядительные и инженерно-технические услуги
в сфере жилой, коммерческой и иной недвижимости. Московский регион. Официально.

Мы рассматривали закон Ома (см. (98.1)) для однородного участка цепи, т. е. такого, в котором не девствует э.д.с. (не действуют сторонние силы). Теперь рассмотрим неоднородный участок цепи, где действующую э.д.с. на участке 1—2 обозначим через а приложенную на концах участка разность потенциалов — через j₁—j₂.

Если ток проходит по неподвижным проводникам, образующим участок 1—2, то работа А₁₂ всех сил (сторонних и электростатических), совершаемая над носителями тока, по закону сохранения и превращения энергии равна теплоте, выделяющейся на участке. Работа сил, совершаемая при перемещении заряда Q₀ на участке 1—2, согласно (97.4),

                                          (100.1)

Э.д.с. как и сила тока I, — величина скалярная. Ее необходимо брать либо с положительным, либо с отрицательным знаком в зависимости от знака работы, совершаемой сторонними силами. Если э.д.с. способствует движению положительных зарядов в выбранном направлении (в направлении 1—2), то > 0. Если э.д.с. препятствует движению положительных зарядов в данном направлении, то < 0. За время t в проводнике выделяется теплота (см. (99.5))

                                     (100.2)

Из формул (100.1) и (100.2) получим

                                                              (100.3)

откуда

                                        (100.4)

Выражение (100.3) или (100.4) представляет собой закон Ома для неоднородного участка цепи в интегральной форме, который является обобщенным законом Ома.

Если на данном участке цепи источник тока отсутствует (=0), то из (100.4) приходим к закону Ома для однородного участка цепи (98.1):

(при отсутствии сторонних сил напряжение на концах участка равно разности потенци­алов (см. § 97)). Если же электрическая цепь замкнута, то выбранные точки 1 и 2 со­впадают, j₁=j₂; тогда из (100.4) получаем закон Ома для замкнутой цепи:

где  – э.д.с., действующая в цепи, R — суммарное сопротивление всей цепи. В общем случае R=r+R₁, где r — внутреннее сопротивление источника тока, R₁—со­противление внешней цепи. Поэтому закон Ома для замкнутой цепи будет иметь вид

Если цепь разомкнута и, следовательно, в ней ток отсутствует (I = 0), то из закона Ома (100.4) получим, что =j₁—j₂, т. е. э.д.с., действующая в разомкнутой цепи, равна разности потенциалов на ее концах. Следовательно, для того чтобы найти э.д.с. источника тока, надо измерить разность потенциалов на его клеммах при разомкнутой цепи.

---

Удлинитель для сварочного аппарата | Сварка своими руками

Для эффективной работы сварщикам приходится постоянно перемещаться по объекту, а розетка находится только в одном месте, поэтому без удлинителя в большинстве случаев обойтись просто нельзя. Наиболее востребованная длина кабеля, способная сделать вашу работу комфортной 20-40 м, это если говорить в общем. А в частных случаях все подбирается индивидуально.

Теория

Как бы многие из нас не любили физику в школе, именно курс школьной физики потребуется вспомнить, чтобы рассчитать длину нашего удлинителя теоретически. Давайте вспомним, что сопротивление медного проводника рассчитывается следующим образом: R= 0,017 *L/S. Также в нашем случае можно использовать закон Ома для неполной цепи I=U/R.

Расшифруем буквы в наших формулах, которые могут принимать любые значения.

• 0,017 – удельное сопротивление медного кабеля; априори берется медь, так как у нее наименьшее значение.
• L- длина удлинителя, мм.
• S- площадь сечения проводника, мм².
• U- номинальное напряжение в электросети, В. Однако следует провести измерение реального напряжения, так как состояние большинства сетей желает лучшего.
• I — максимальный ток инвертора, А.

Из формулы R= 0,017 *L/S следует простой и очевидный вывод: сопротивление увеличивается при увеличении длины кабеля (при этом наблюдается падение напряжения) и уменьшается при увеличении его сечения. Соответственно, длина и сечение кабеля должны быть подобраны таким образом, чтобы не провоцировать падение напряжения на этом кабеле. Использовать домашние удлинители для подключения бытовой техники категорически не стоит. Производители экономят на сечении жил таких переносок, они уж точно вспыхнут при подключении инвертора. Не стоит также использовать проводники сечением 0,75 мм² и менее. В целом, следует отметить, что кабеля 2,5 мм² хватит для уверенной работы на токе 160А, только стоит еще и сделать «пометку на полях», что проводка до розетки должна выдержать такую нагрузку.

Любителей сматывать кабель в катушку при сварке следует предостеречь. Явление фарадеевской электромагнитной индукции, которая неминуемо возникает вокруг проводника с переменным электрическим током, еще никто не отменял. И даже если индукция в катушке будет слишком мала, чтобы привести к нежелательным последствиям, при продолжительной сварке провод все равно нагревается (нормальным считается нагрев до 70 ^оС) В плотно намотанной катушке кабель не охлаждается и повышение температуры неминуемо приведет к оплавлению изоляции со всеми вытекающими отсюда неприятностями. Сама медь скорее всего останется невредимой, так как у нее высокая температура плавления 1080 ^оС, а вот изоляция слипнется. Вывод: работайте на размотанном кабеле или, если нет такой возможности, на неплотно смотанном, чтобы был обеспечен теплоотвод за счет естественной циркуляции воздуха.

Практика

Вернемся к вопросу: какого сечения брать удлинитель?

 Раньше бы мы сказали, что если у вас дома хорошая сеть и максимальный ток вашего сварочного аппарата не превышает 160А, то можно взять 1,5 мм² – этого хватит. Быстрее автоматический выключатель сработает или инвертор уйдет в защиту по перегреву, чем сгорит такой кабель. Проверить данное утверждение очень просто: достаточно 160-амперный аппарат поставить на нагрузочный балласт и выкрутить его на максимальный ток. Кабель длиной 10 м х1,5 мм² может продержаться долгое время. В нашем случае была произведена выдержка в течение 12 мин (произвольно, это время могло быть больше или меньше). За это время выдержки кабель нагрелся, но он не был таким горячим, что за него невозможно взяться незащищенной рукой (или он задымился). То есть кабель сечением 1,5 мм² держит нагрузку 160А, но это, конечно, предел и лучше такого не допускать. Однако, если вы не собираетесь «шпарить» целый день «четверкой», такой вариант вполне приемлем.

Почему мы не советуем сегодня брать сечение 1,5 мм²? Очень просто. Потому что не докладывают! Берешь кабель 1,5 мм², а там оказывается 1,1-1,2 мм². Вывод: даже если у вас хорошая сеть, берем 2,5 мм². Могут тоже не доложить, но этого в любом случае хватит для домашних нужд.

Какая длина?

Все зависит от вашей сети и аппарата. Пример из практики. Длина переноски 120-130 м, сварка аппаратом Форсаж 161 от щита и хорошей сети: «тройкой» можно  варить, но достаточно тяжело, а вот электродом ø2,5 мм можно варить уже свободно и даже что-то резать!

Полезный совет

Какую взять вилку и розетку?

Обычная розетка на 16А   и простые качественные вилки при токах свыше 160А горят и плавятся (но это как бы расходные материалы). Когда будете покупать обязательно возьмите с собой магнит в магазин и «пощупайте» им вилку (розетку, правда, вам никто не даст разбирать) – магнитится она или нет? Сейчас много некачественного товара крашенного под медь или латунь.

Читайте также, как подобрать длину и сечение сварочного кабеля.

Закон Ома | Encyclopedia.com

Закон Ома – это уравнение, описывающее взаимосвязь между напряжением на электрическом компоненте, электрическим сопротивлением компонента и током, протекающим через компонент. Он назван в честь его первооткрывателя Георга Симона Ома (1789–1854). Ом обнаружил, что для большинства электрических цепей напряжение в цепи было равно току, протекающему по цепи, умноженному на электрическое сопротивление цепи. При одинаковом напряжении цепь с низким сопротивлением будет иметь более высокий ток, чем цепь с более высоким сопротивлением.Напряжение, правильное название разности потенциалов, измеряется в вольтах, а ток – в амперах. Следовательно, сопротивление выражается в единицах вольт на ампер, определяемых как омы (Ом).

Закон Ома не является фундаментальным законом, который всегда применяется, например, закон всемирного тяготения. Скорее, это эмпирический закон, который, как было установлено экспериментально, достаточно хорошо работает большую часть времени. Однако бывают моменты, обычно в крайних случаях, когда закон Ома нарушается. Например, если на цепь подается высокое напряжение, закон Ома не может предсказать правильное значение тока.Хотя закон Ома применим не всегда, он работает в большинстве повседневных ситуаций и поэтому очень полезен.

Например, почему короткое замыкание приведет к срабатыванию предохранителя или автоматического выключателя? Когда происходит короткое замыкание, большая часть электрического сопротивления в цепи обходится. Фактически создается новая цепь с очень низким сопротивлением. Итак, согласно закону Ома, если сопротивление очень низкое, ток должен быть очень большим. Предохранители и автоматические выключатели предназначены для защиты цепи путем перегорания (плавления или размыкания), когда ток становится слишком высоким.Следовательно, короткое замыкание производит ток, достаточный для размыкания цепи.

В электронных устройствах часто устанавливаются резисторы для увеличения сопротивления и, следовательно, ограничения тока. Кроме того, всякий раз, когда ток проходит через сопротивление, энергия рассеивается в виде тепла. Поэтому нежелательное сопротивление тратит энергию. Некоторые резистивные устройства, такие как нагревательные спирали в фенах, предназначены для преобразования большого количества электроэнергии непосредственно в тепло.

Сопротивление и простые схемы – Физика Дугласского колледжа 1104 Пользовательский учебник – Зима и лето 2020

Сводка

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

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

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

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

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

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

.

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

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

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

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

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

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

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

Пример 1: Расчет сопротивления: автомобильная фара

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

Стратегия

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

Решение

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

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

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

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

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

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

Установление соединений: сохранение энергии

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

Исследования PhET: закон Ома

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

Рисунок 3. Закон Ома

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

Концептуальные вопросы

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

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

Задачи и упражнения

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

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

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

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

5: (a) Найдите падение напряжения в удлинителе с символом [латекс] \ bold {0. 9 \; \ Omega} [/ латекс].Какой ток протекает через изолятор при напряжении 200 кВ? (Некоторые линии высокого напряжения – постоянного тока.)

Глоссарий

Закон Ома

эмпирическое соотношение, указывающее, что ток I пропорционален разности потенциалов В, , В, ; его часто записывают как I = V / R , где R – это сопротивление

сопротивление

электрическое свойство, препятствующее току; для омических материалов это отношение напряжения к току, R = V / I

Ом

единица сопротивления, равная 1Ω = 1 В / A

омическое

тип материала, для которого действует закон Ома

простая схема

схема с одним источником напряжения и одним резистором

Решения

Задачи и упражнения

1: 0.{-2} \; \ Omega} [/ латекс]

5: (а) 0,300 В

(б) 1,50 В

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

Обрыв и короткое замыкание

Ultimate Electronics: практическое проектирование и анализ схем

---

Особое поведение при двух крайностях сопротивления: нуле и бесконечности. Читать 4 мин

Обрыв цепи и короткое замыкание – два специальных термина, которые представляют противоположные крайние значения числовой линии сопротивления.

Мы можем посмотреть на схему, посмотрев на любую пару открытых клемм:

В контексте любых двух выводов цепи:

Короткое замыкание означает, что две клеммы соединены извне с сопротивлением R = 0 , так же, как идеальный провод.Это означает, что для любого значения тока существует нулевая разница напряжений. (Обратите внимание, что настоящие провода имеют ненулевое сопротивление!)

Разрыв цепи означает, что две клеммы являются точками, внешне отключены , что эквивалентно сопротивлению R = ∞ . Это означает, что между двумя выводами может течь нулевой ток, независимо от разницы напряжений. (Обратите внимание, что очень высокое напряжение может вызвать протекание дуги тока даже через большие воздушные или вакуумные зазоры!)

Концепция рассмотрения двух выводов цепи и изучения поведения этих двух крайностей является мощной.

Как в теории, так и на практике слово «внешне» не имеет особого значения. Это произвольная граница, отделяющая «исходное» поведение схемы от нового поведения, когда мы вносим определенные изменения в любую пару узлов. Эта искусственная граница рассматривает остальную часть схемы, внутренние части черного ящика, как немодифицированные. Сделав это предположение, мы можем сделать только одно небольшое изменение вне черного ящика и увидеть его влияние на черный ящик.

---

Идеальный вольтметр на обрыв.Обрыв цепи – это ограничивающее приближение для реального вольтметра, который будет иметь некоторое большое (но не бесконечное) сопротивление.

Идеальный амперметр – короткозамкнутый. Короткое замыкание – это ограничивающее приближение для реального амперметра, который будет иметь небольшое (но не нулевое) сопротивление.

Подробнее см. В разделе «Мультиметры и измерения».

---

Подобно тому, как вольтметр и амперметр измеряют, подключая два щупа к цепи, теоретический анализ часто выполняется, рассматривая только два узла цепи.

Обрыв и короткое замыкание обеспечивают две полезные точки на кривой V-I.

В частности:

• Напряжение разомкнутой цепи – это разница напряжений, измеренная между двумя клеммами, когда ток не подается и не подается.
• Ток короткого замыкания – это ток, который протекает, когда клеммы вынуждены иметь нулевую разность напряжений.

Мы будем использовать эти два значения в эквивалентных схемах Thevenin и Norton Equivalent Circuits.

---

На практике мы хотели бы, чтобы схемы, которые мы строим, выдерживали как нормальные условия, для которых они предназначены, так и некоторые необычные условия, которые случаются время от времени, но не должны приводить к необратимым повреждениям.

Обрыв цепи случается даже тогда, когда он нежелателен. Например, всякий раз, когда что-то отключается или отключается, у нас возникает состояние разомкнутой цепи.

Короткие замыкания случаются даже тогда, когда они нежелательны. Например, если разъем на мгновение закорачивает между двумя клеммами при установке или крошечная металлическая стружка оказывается в неправильном месте, мы имеем дело с коротким замыканием.

По возможности, мы должны спроектировать так, чтобы обрыв и короткое замыкание происходили в различных местах в цепи, особенно на любых открытых входах и выходах. Мы должны проектировать так, чтобы любые отказы были временными и / или устраняемыми, например, с автоматическим выключателем.

---

Преднамеренное R = 0 Ом резисторы (короткое замыкание) иногда добавляются к печатной плате, потому что разработчик хочет гибкости для изменения значения без необходимости перепроектировать печатную плату позже, если они хотят добавить некоторое ненулевое последовательное сопротивление (или другой последовательный компонент) в будущем .

Точно так же иногда добавляются преднамеренные перемычки (разомкнутая цепь), потому что разработчик хочет гибкости для подключения секции позже, возможно, для добавления параллельного сопротивления.

Оба они позволяют гибко вносить изменения, разделяя при этом одни и те же производственные накладные расходы. Это снижает затраты на единицу и позволяет избежать дорогостоящих затрат времени на перепроектирование.

---

В следующем разделе, Эквивалентные схемы Thevenin и Norton Equivalent Circuits, мы увидим, как двухконтактную концепцию можно применить для упрощенного приближения того, что находится в «схеме черного ящика», помеченной выше.

---

Роббинс, Майкл Ф. Ultimate Electronics: Практическое проектирование и анализ схем. CircuitLab, Inc., 2021, ultimateelectronicsbook.com. Доступно. (Авторское право © CircuitLab, Inc., 2021)

% PDF-1.5 % 1 0 obj> эндобдж 2 0 obj> эндобдж 3 0 obj> эндобдж 4 0 obj> поток конечный поток эндобдж xref 0 5 0000000000 65535 ф 0000000016 00000 н. 0000000075 00000 н. 0000000120 00000 н. 0000000210 00000 н. трейлер ] >> startxref 3379 %% EOF 1 0 obj> эндобдж 2 0 obj> эндобдж 3 0 obj> эндобдж 5 0 obj null эндобдж 6 0 obj> эндобдж 7 0 obj> эндобдж 8 0 obj> эндобдж 9 0 obj> / Font> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / ExtGState >>> эндобдж 10 0 obj> эндобдж 11 0 obj> эндобдж 12 0 obj> эндобдж 13 0 obj> эндобдж 14 0 obj> / Ширина 661 / Высота 221 / BitsPerComponent 1 / ImageMask true / Type / XObject / Subtype / Image >> stream & M‚Ck

Закон Ома и сопротивление | IOPSpark

Идеи начального уровня

На вводном уровне описания того, что происходит в электрических цепях, просто качественные. неуместно обсуждать концепции количественно.

Идеи среднего уровня

Определение тока

Ток можно описать как поток заряда, измеряемый в кулонах. Затем вы описываете и определяете кулон с точки зрения меднения. Вы даже можете указать, что единичный ток, один ампер (или ампер), означает один кулон в секунду с точки зрения меднения (0,000 000 329 кг меди переносится каждую секунду в ванне для меднения).Хотя это не согласуется с нынешней модой определения токов с помощью сил, это дает студентам гораздо более простой способ изображения токов. У них уже есть, насколько известно, сильное чувство токов как потоков маленьких электронов, и если вы сгруппируете эти электроны в большие кулоны заряда, вы легко сможете убедить их подумать о токах, измеряемых в кулонах в секунду.

Определение разницы потенциалов

Когда учащиеся поймут, как переносится энергия, можно четко обсудить разность потенциалов и определить вольт как джоуль на кулон.Обсуждение источников питания как источников энергии и электрических зарядов как носителей энергии помогает новичку понять, почему ток в последовательной цепи не уменьшается, когда он протекает через компоненты передачи энергии, такие как лампы. Вы можете рассматривать разность потенциалов как фундаментальную измеримую величину, описываемую как перенос энергии для каждого кулона, проходящего через рассматриваемую область; например энергия, передаваемая от батареи к лампе и, следовательно, в окружающую среду.

Конечно, это ненаучная фантастика – изображать кулоны, несущие на своей спине груз энергии и выбрасывающие часть нагрузки в каждой части цепи, а затем собирающие новую нагрузку каждый раз, когда они проходят через батарею.Тем не менее, если вы время от времени предупреждаете студентов, что это искусственная картина с нереалистичными деталями, они могут использовать модель, чтобы получить полезное представление о разнице потенциалов.

Тогда сопротивление, которое может быть более удобным при разработке профессиональной схемы электрических блоков, занимает второстепенное место как [разность потенциалов] / [ток], а один ом просто определяется как название для одного вольт / ампер. Это просто словарная работа.

С этими описаниями и определениями разности потенциалов и тока очевидно, что разность потенциалов x ток дает нам мощность, скорость, с которой передается энергия.На сленге «вольт x ампер = ватт, ».

А когда вы генерируете э.д.с. вы также можете дать четкое описание этой концепции.

Идеи для продвинутого уровня

В более формальных трактовках электричества единичный ток выбирается в качестве фундаментальной величины (определяемой в терминах силы между параллельными токами). Сопротивление – это полезная производная величина, вторичный стандарт, который можно легко сохранить и скопировать. Тогда единица разности потенциалов выводится из единиц заряда и энергии (или тока и мощности).

Какой бы удобной ни была эта схема, она оставляет без четкого описания саму природу разности потенциалов. Конечно, на вводном уровне студенты находят «напряжение» загадочным понятием, часто неопределенно описываемым как электрическое давление и часто описываемым как умножение тока на сопротивление. Когда использование разности потенциалов распространяется на случаи, когда нет тока, или случаи, когда нет сопротивления по закону Ома, это остается очень загадочным.

Развитие электротехнических знаний – от начального до продвинутого

Здесь существует опасность путаницы между несколькими различными целями при построении электрических знаний.Это вопрос тщательного определения основных единиц и получения вторичных единиц; это касается курсов продвинутого уровня. Это вопрос описания и определения физических величин, которые будут измеряться в этих единицах. Здесь вам нужно знать физическое соотношение, извлеченное из экспериментов, например, теплопередача изменяется, как ток ² , или скорость меднения изменяется как ток . Существуют «рабочие» определения в техническом смысле этого слова, которые описывают схему измерения с точки зрения реального оборудования, которое может быть использовано.

Раньше ученые иногда использовали понятия, которым нельзя было дать рабочее определение. В настоящее время они более осторожны и пытаются определить или, по крайней мере, описать концепции физических величин в терминах возможных или, по крайней мере, мыслимых методов их измерения. Такие определения должны давать четкое представление о концепции; но они не всегда приводят к наиболее удобной единице измерения физической величины. Выбранная единица может быть определена совершенно отдельно – вы часто обнаруживаете, что она была выбрана ранее в истории предмета.

Нет логических возражений против определения единицы тока в терминах массы меди, осажденной за секунду при электролизе, хотя ток формально измеряется в терминах силы между проводами или катушками, по которым протекает ток.

Закон

Ома | Азиза с физикой онлайн

Закон Ома для всей цепи

ЭДС и разность потенциалов

В любой цепи есть компоненты, которые передают энергию в цепь, и компоненты, которые ее отбирают.С этого момента мы будем говорить, что любое устройство, передающее энергию в цепь, обеспечивает электродвижущую силу (ЭДС), и любое устройство, выводящее ее, имеет разность потенциалов DV.

Внутреннее сопротивление

Элементы и батареи не идеальны (что, конечно, не считая момента окончания вашего последнего экзамена?). Используйте их некоторое время, и вы заметите, что они нагреваются.

Откуда поступает тепловая энергия?

Это из-за тока, проходящего через внутреннюю часть ячейки.Сопротивление внутри ячейки превращает часть производимой ею электроэнергии в тепловую при движении электронов через нее.

При принятии решения о том, подходит ли элемент для использования в конкретной цепи, необходимо учитывать внутреннее сопротивление. Для максимальной эффективности внешнее сопротивление должно быть намного больше внутреннего сопротивления ячейки.

Источники питания с низким напряжением и более высокими токами, например автомобильный аккумулятор, должны иметь низкое внутреннее сопротивление, как показано выше.Источники питания высокого напряжения, вырабатывающие тысячи вольт, должны иметь чрезвычайно высокое внутреннее сопротивление, чтобы ограничить ток, который может протекать в случае случайного короткого замыкания.

Экспериментальное определение внутреннего сопротивления

Поскольку U = E – Ir, если вы построите график зависимости pd, V, от тока I, градиент графика будет равен внутреннему сопротивлению ячейки. (отрицательно, потому что график наклонен вниз)

Записывая значения тока и клеммы pd по мере изменения внешнего сопротивления, вы можете построить график и найти внутреннее сопротивление и ЭДС ячейки.Если последовательно подключено более одной ячейки, необходимо добавить внутренние сопротивления ячеек. Это уравнение можно записать в следующем виде:

где RI – падение напряжения на части цепи. Напряжение можно рассчитать с помощью выражения:

Электродвигатель (напряжение на источнике) меньше падения напряжения на источниках внутреннего сопротивления. Когда переключатель разомкнут, на внутреннем сопротивлении нет падения напряжения, тогда U = E

Цепь, по которой по каждой ветви проходит одинаковый ток, называется простой цепью.Простая схема показана на рисунке.

Где находится:

E = электродвижущая сила

r = внутреннее сопротивление батареи

I = общий ток цепи

R = сопротивление лампы

U1 = напряжение лампы

U2 = напряжение батареи

Применение закона Ома в простой схеме

Мы знаем закон Ома,

Напряжение аккумулятора,

Это называется потерей напряжения аккумуляторной батареи.Потому что внутреннее сопротивление батареи падает.

Напряжение лампы

Аккумулятор и лампа имеют одинаковый ток I.

Общий ток = электродвижущая сила батареи / полное сопротивление цепи

Можно сказать, что ток цепи пропорционален ее электродвижущей силе цепи и обратно пропорционален сопротивлению цепи.Увеличение электродвижущей силы увеличивает ток, уменьшение сопротивления увеличивает ток, а увеличение сопротивления уменьшает ток.

Закон Ома

Закон Ома

Закон Ома описывает основные математические отношения электричества. Закон был назван в честь немецкого физика Джорджа Симона Ома (1789–1854). По сути, закон Ома гласит, что ток (поток электронов) через проводник прямо пропорционален напряжению (электрическому давлению), приложенному к этому проводнику, и обратно пропорционален сопротивлению проводника.Единица измерения сопротивления называется ом. Символ ома – греческая буква омега (Ω). В математических формулах заглавная буква R обозначает сопротивление. Сопротивление проводника и приложенное к нему напряжение определяют количество ампер тока, протекающего по проводнику. Таким образом, сопротивление 1 Ом ограничивает ток до 1 ампера в проводнике, к которому приложено напряжение 1 вольт. Основная формула, выведенная из закона Ома: E = I × R (E = электродвижущая сила, измеренная в вольтах, I = протекающий ток, измеренный в амперах, и R = сопротивление, измеренное в омах).Эту формулу также можно записать для определения тока или сопротивления:

Закон Ома обеспечивает основу математических формул, которые предсказывают реакцию электричества на определенные условия. [Рисунок 9-1] Например, закон Ома можно использовать для расчета того, что лампа с сопротивлением 12 Ом (Ом) пропускает ток 2 А при подключении к источнику питания постоянного тока на 24 В (DC).

Рисунок 9-1. Закон Ома используется для расчета силы тока, пропускаемого лампой при подключении к источнику постоянного тока напряжением 24 В.

Пример 1

В цепи посадочного света на 28 В имеется лампа с сопротивлением 4 Ом. Рассчитайте полный ток цепи.

Пример 2

Цепь загрузки 28-вольтного деаэра имеет ток 6,5 ампер. Рассчитайте сопротивление ботинка от льда.

Пример 3

Фонарь такси имеет сопротивление 4,9 Ом и общий ток 2,85 ампер. Рассчитайте напряжение в системе.

При поиске неисправностей в электрических цепях самолета всегда полезно учитывать закон Ома.Хорошее понимание взаимосвязи между сопротивлением и протеканием тока может помочь определить, есть ли в цепи обрыв или короткое замыкание. Если помнить о том, что низкое сопротивление означает повышенный ток, это может помочь объяснить, почему срабатывают автоматические выключатели или перегорают предохранители. Практически во всех случаях нагрузки самолетов подключаются параллельно друг другу; следовательно, на все нагрузки подается постоянное напряжение, а ток, протекающий через нагрузку, является функцией сопротивления этой нагрузки.