ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению — Мегаобучалка
Конденсатор это система из двух и более электродов (обычно в форме пластин, называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок конденсатора. Такая система обладает взаимной ёмкостью и способна сохранять электрический заряд.ТОесть из рисунка видно что это две параллельные металические пластины разделённые каким то материалом (диэлектриком- это вещество которое не проводит электрический ток)
ВОПРОС 2
Приборы, принцип действия которых основан на явлении фотоэффекта, называют фотоэлементами. Фотоэлементы, действие которых основано на внешнем фотоэффекте, имеют следующее устройство (рис. 19.6). Внутренняя поверхность стеклянного баллона, из которого выкачан воздух, по крыта светочувствительным слоем К с небольшим прозрачным для света участком — “окном” О для доступа света внутрь баллона. В центре баллона находится металлическое кольцо А.
От электродов К к А сделаны выводы для подключения фотоэлемента к электрической цепи. В качестве светочувствительного слоя обычно используют напыленные покрытия из щелочных металлов, имеющих малую работу выхода, т.е. чувствительных к видимому свету (изготовляют и фотоэлементы, чувствительные только к ультрафиолетовым лучам).
Фотоэлементы, действие которых основано на внешнем фотоэффекте, преобразуют в электрическую энергию лишь незначительную часть энергии излучения. Поэтому в качестве источников электроэнергии их не используют, зато широко применяют в различных схемах автоматики для управления электрическими цепями с помощью световых пучков.
В качестве примера рассмотрим принцип действия фотоэлектрического реле, срабатывающего при прерывании светового потока, падающего на фотоэлемент (рис. 19.7, а). Фотореле состоит из фотоэлемента Ф, усилителя фототока, в качестве которого используют полупроводниковый триод (транзистор) Т, и электромагнитного реле, включенного в цепь коллектора транзистора.
Напряжение на фотоэлемент подают от источника тока E1, а на транзистор — от источника тока Е2. Между базой и эмиттером транзистора включен нагрузочный резистор R.
Давлением света называется давление, которое производят электромагнитные световые волны, падающие на поверхность какого-либо тела. Существование давления было предсказано Дж. Максвеллом в его электромагнитной теории света.
Если, например, электромагнитная волна падает на металл (рис. 19.9), то под действием электрического поля волны с напряженностью E⃗ электроны поверхностного слоя металла будут двигаться в направлении, противоположном вектору E⃗ , со скоростью υ⃗ =const. Магнитное поле волны с индукцией В действует на движущиеся электроны с силой Лоренца FЛ в направлении, перпендикулярном поверхности металла (согласно правилу левой руки). Давление р, оказываемое волной на поверхность металла, можно рассчитать как отношение равнодействующей сил Лоренца, действующих на свободные электроны в поверхностном слое металла, к площади поверхности металла:
p=∑nn=1F⃗ iLS.
На основании электромагнитной теории Максвелл получил формулу для светового давления. С ее помощью он рассчитал давление солнечного света в яркий полдень на абсолютно черное тело, расположенное перпендикулярно солнечным лучам. Это давление оказалось равным 4,6 мкПа:
p=(1+ρ)Jc.
где J — интенсивность света, ρ — коэффициент отражения света (см. § 16.3), с — скорость света в вакууме. Для зеркальных поверхностей ρ=1, при полном поглощении (для абсолютно черного тела) ρ=0
С точки зрения квантовой теории, давление является следствием того, что у фотона имеется импульс pf=hνc. Пусть свет падает перпендикулярно поверхности тела и за 1 с на 1 м2 поверхности падает N фотонов. Часть из них поглотится поверхностью тела (неупругое соударение), и каждый из поглощенных фотонов передает этой поверхности свой импульс pf=hνc.Часть же фотонов отразится (упругое соударение). Отраженный фотон полетит от поверхности в противоположном направлении. Полный импульс, переданный поверхности отраженным фотоном, будет равен
Δpf=pf−(−pf)=2pf=2hνc.
Давление света на поверхность будет равно импульсу, который передают за 1 с все N фотонов, падающих на 1 м2 поверхности тела. Если ρ — коэффициент отражения света от произвольной поверхности, то ρ⋅N — это число отраженных фотонов, а (1−ρ)N — число поглощенных фотонов. Следовательно, давление света
p=2ρNhνc+(1−ρ)Nhνc=(1+ρ)Nhνc.
Произведение представляет собой энергию всех фотонов, падающих на 1 м2 поверхности за 1 с. Это есть интенсивность света (поверхностная плотность потока излучения падающего света):
Nhν=WS⋅t=I.
Таким образом, давление света p=(1+ρ)Ic.
Предсказанное Максвеллом световое давление было экспериментально обнаружено и измерено русским физиком П. Н. Лебедевым. В 1900 г. он измерил давление света на твердые тела, а в 1907—1910 гг. — давление света на газы.
Прибор, созданный Лебедевым для измерения давления света, представлял собой очень чувствительный крутильный динамометр (крутильные весы). Его подвижной частью являлась подвешенная на тонкой кварневой нити легкая рамка с укрепленными на ней крылышками — светлыми и черными дисками толщиной до 0,01 мм.
Крылышки делали из металлической фольги (рис. 19.10). Рамка была подвешена внутри сосуда, из которого откачали воздух.
БИЛЕТ 16 Вопрос 1
Электрический ток – направленное движение заряженных частиц вэлектрическом поле. Заряженными частицами могут являться электроны или ионы (заряженные атомы). Атом, потерявший один или несколько электронов, приобретает положительный заряд. – Анион (положительный ион).
Силой тока называется физическая величина, равная отношению количества заряда, прошедшего за некоторое время через поперечное сечение проводника, к величине этого промежутка времени: Сила тока в Международной системе единиц измеряется в амперах, ампер является одной из семи основных единиц СИ.
· Сопротивление — упрощенная модель резистора, в которой реальный резистор характеризуется только электрическим сопротивлением, а также некорректное название резистора.
· Электрическое сопротивление — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока.
· ВОПРОС2
Химическое действие света — изменение свойств веществ под действием света.
Под действием света могут происходить химические превращения (фотохимические реакции). Важнейшими в живой природе являются процессы фотосинтеза. В жизни человека большую роль играет способность глаза воспринимать свет. Еще одно проявление химического воздействия света на вещество — это фотография.
Законы фотохимии:
- Поглощен веществом фотон может вызвать превращение только одной молекулы.
- Фотохимическая реакция возможна при условии, что энергия фотона достаточна для разрыва молекулярных связей, т.е. не меньше энергию диссоциации.
·
Билет 17 Вопрос 1
Закон Ома для участка цепи гласит: ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению
Основным законом электротехники, при помощи которого можно изучать и рассчитывать электрические цепи, является закон Ома, устанавливающий соотношение между током, напряжением и сопротивлением.
Необходимо отчетливо понимать его сущность и уметь правильно пользоваться им при решении практических задач. Часто в электротехнике допускаются ошибки из-за неумения правильно применить закон Ома.
ВОПРОС 2
Атом (от греческого atomos – неделимый) — одноядерная, неделимая химическим путем частица химического элемента, носитель свойства вещества. Вещества состоят из атомов. Сам атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженного электронного облака. В целом атом электронейтрален. Размер атома полностью определяется размером его электронного облака, поскольку размер ядра ничтожно мал по сравнению с размером электронного облака. Ядро состоит из Z положительно заряженных протонов (заряд протона соответствует +1 в условных единицах) и N нейтронов, которые не несут на себе заряда (протоны и нейтроны называют нуклонами). Таким образом, заряд ядра определятся только количеством протонов и равен порядковому номеру элемента в таблице Менделеева.
Положительный заряд ядра компенсируется отрицательно заряженными электронами (заряд электрона -1 в условных единицах), которые формируют электронное облако. Количество электронов равно количеству протонов. Массы протонов и нейтронов равны (соответственно 1 и 1 а.е.м.). Масса атома определяется массой его ядра, поскольку масса электрона примерно в 1850 раз меньше массы протона и нейтрона и в расчетах редко учитывается. Количество нейтронов можно узнать по разности между массой атома и количеством протонов (N=A–Z). Вид атомов какого-либо химического элемента с ядром, состоящим из строго определённого числа протонов (Z) и нейтронов (N) называется нуклидом. Эрнест Резерфорд — уникальный ученый в том плане, что свои главные открытия он сделал уже после получения Нобелевской премии. В 1911 году ему удался эксперимент, который не только позволил ученым заглянуть вглубь атома и получить представление о его строении, но и стал образцом изящества и глубины замысла.
Используя естественный источник радиоактивного излучения, Резерфорд построил пушку, дававшую направленный и сфокусированный поток частиц. Пушка представляла собой свинцовый ящик с узкой прорезью, внутрь которого был помещен радиоактивный материал. Благодаря этому частицы (в данном случае альфа-частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов), испускаемые радиоактивным веществом во всех направлениях, кроме одного, поглощались свинцовым экраном, и лишь через прорезь вылетал направленный пучок альфа-частиц. Далее на пути пучка стояло еще несколько свинцовых экранов с узкими прорезями, отсекавших частицы, отклоняющиеся от строго заданного направления. В результате к мишени подлетал идеально сфокусированный пучок альфа-частиц, а сама мишень представляла собой тончайший лист золотой фольги. В нее-то и ударял альфа-луч. После столкновения с атомами фольги альфа-частицы продолжали свой путь и попадали на люминесцентный экран, установленный позади мишени, на котором при попадании на него альфа-частиц регистрировались вспышки.
По ним экспериментатор мог судить, в каком количестве и насколько альфа-частицы отклоняются от направления прямолинейного движения в результате столкновений с атомами фольги.
БИЛЕТ18 ВОПРОС 1
Последовательное и параллельное соединения в электротехнике — два основных способа соединения элементов электрической цепи. При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так, что включающий их участок цепи несвязей с другими узлами, если это не противоречит условию.
При последовательном соединении проводников сила тока во всех проводниках одинакова.
При параллельном соединении падение напряжения между двумя узлами, объединяющими элементы цепи, одинаково для всех элементов. При этом величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.
ВОПРОС 2
Постулаты Бора — основные допущения, сформулированные Нильсом Бором в 1913 году для объяснения закономерности линейчатого спектра атома водорода и водородоподобных ионов (формула Бальмера-Ридберга) и квантового характера испускания и поглощения света.
Бор исходил из планетарной модели атома Резерфорда.
Постулаты[править | править вики-текст]
Модель атома Бора
· Атом и атомные системы могут длительно пребывать только в особенных стационарных или квантовых состояниях, каждому из которых отвечает определенная энергия. В стационарном состоянии атом не излучает электромагнитных волн.
· Излучение света происходит при переходе электрона из стационарного состояния с большей энергией в стационарное состояние с меньшей энергией. Энергия излученного фотона равна разности энергий стационарных состояний.
Для получения энергетических уровней в атоме водорода в рамках модели Бора записывается второй закон Ньютона для движения электрона по круговой орбите в поле кулоновской силы от притяжения
где m — масса электрона, e — его заряд, Z — количество протонов в ядре (атомный номер) и k — кулоновская константа, зависящая от выбора системы единиц. Это соотношение позволяет выразить скорость электрона через радиус его орбиты:
Энергия электрона равна сумме кинетической энергии движения и его потенциальной энергии:
Используя правило квантования Бора, можно записать:
откуда радиус орбиты выражается через квантовое число n.
Подстановка радиуса в выражение для энергии даёт:
≈ 13,6 эВ
называется постоянной Ридберга. Она равна энергии связи электрона в атоме водорода в основном состоянии, т.е. минимальной энергии, необходимой для ионизации атома водорода в низшем (стабильном) энергетическом состоянии.
БИЛЕТ 19 Вопрос 1
Закон Ома для полной цепи – сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника.
Вопрос 2
Представление о квантовых энергетических уровнях атомов было введено в физику Н. Бором в 1913 г. Оно очень
Рис. 361. а) Спонтанное излучение света: 1 — в результате столкновения с другим атомом или с электроном, или в результате поглощения светового кванта атом перешел на один из своих верхних уровней W (для простоты на схеме указаны только два квантовых уровня W и W’), 2 — через некоторое время возбужденный атом сам по себе (без внешних воздействий) переходит на нижний уровень W, испуская световой квант hn= W—W’.
б) Резонансное поглощение света. 1 — атом, находящийся на уровне W’, облучается светом с частотой n=(W—W’)/h (резонансная частота), 2 — атом поглощает из светового пучка один квант hn=W—W’ и переходит на уровень W; световой пучок ослабляется; 3 — возбужденный атом при столкновении с другим атомом отдает ему энергию и возвращается на уровень W’ (он может вернуться на уровень W’ или перейти на другой уровень, расположенный ниже уровня W, также и путем излучения светового кванта). в) Вынужденное излучение света: 1 — атом, находящийся на верхнем уровне W, облучается светом резонансной частоты, 2 — атом испускает квант hn=W—W’ в направлении падающего светового пучка, который в результате этого усиливается; атом переходит при этом на нижний уровень W’
естественно объяснило линейчатые атомные спектры как результат процессов спонтанного (самопроизвольного) излучения и резонансного (избирательного) поглощения света атомами (рис. 361, а и б). В 1919 г. Эйнштейн показал, что наряду с процессами спонтанного излучения и резонансного поглощения существует третий процесс — вынужденное (индуцированное) излучение.
По Эйнштейну свет резонансной частоты, т. е. той частоты, которую атомы способны поглощать, переходя на более высокий энергетический уровень, должен вызывать высвечивание атомов, уже находящихся на этом верхнем уровне (рис, 361, в), если таковые имеются в среде.
Характерная особенность вынужденного излучения состоит в том, что испускаемый свет неотличим от вынуждающего света, т. е. совпадает с ним по всем признакам — по частоте, фазе, поляризации и направлению распространения. Это означает, что вынужденное излучение добавляет в световой пучок точно такие же кванты, какие уводит из него резонансное поглощение. Поэтому на опыте проявляется только разность поглощенного и вынужденного излучения. Поглощают свет атомы, находящиеся на нижнем из двух участвующих в игре уровней, излучают же атомы, находящиеся на верхнем уровне. Ввиду этого, если среда содержит на нижнем уровне больше атомов, чем на верхнем, то преобладает поглощение и световой пучок ослабляется средой.
Напротив, если больше населен верхний уровень, то преобладает вынужденное излучение и среда усиливает проходящий свет.
В последние годы это явление получило применение в очень перспективных приборах — квантовых усилителях и генераторах света. Схема действия квантового генератора приведена на рис. 362. Пространство между зеркалами заполнено активной средой, т. е. средой, содержащей больше возбужденных атомов, чем невозбужденных. Среда усиливает проходящий через нее свет, начало которому дает спонтанное излучение одного из атомов. Большое усиление достигается, когда угол a очень мал так что свет испытывает много отражений и все лучи накладываются, усиливая друг друга. (Это соответствует образованию в пространстве между пластинами 1 и 2 стоячей световой волны, см. § 47.) Излучение генератора выходит наружу через зеркало 2. Такой генератор излучает свет с частотой
n=(W—W’)/h, где W — W’ — разность энергий уровней,
Рис. 362. Схема действия оптического квантового генератора: 1, 2 — плоскопараллельные зеркала; зеркало 2 слегка прозрачно. (Угол a на рисунке сильно преувеличен.)
БИЛЕТ 20 Вопрос1
Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение электронов под действием электрического поля.
Наиболее убедительное доказательство электронной природы тока в металлах было получено в опытах с инерцией электронов (опыт Толмена и Стьюарта):
Рис. 9.1
Катушка с большим числом витков тонкой проволоки (рис. 9.1) приводилась в быстрое вращение вокруг своей оси. Концы катушки с помощью гибких проводов были присоединены к чувствительному баллистическому гальванометру.Раскрученная катушка резко тормозилась, и в цепи возникал кратковременных ток, обусловленный инерцией носителей заряда. Полный заряд, протекающий по цепи, измерялся гальванометром.
При торможении вращающейся катушки на каждый носитель заряда e массой m действует тормозящая сила, которая играет роль сторонней силы, то есть силы неэлектрического происхождения:
Сторонняя сила, отнесенная к единице заряда, по определению является напряженностью поля сторонних сил:
Следовательно, в цепи при торможении катушки возникает электродвижущая сила:
За время торможения катушки по цепи протечет заряд q, равный:
где – длина проволоки катушки, I – мгновенное значение силы тока в катушке, R – полное сопротивление цепи, – начальная линейная скорость проволоки.
Хорошая электропроводность металлов объясняется высокой концентрацией свободных электронов, равной по порядку величины числу атомов в единице объема.
Предположение о том, что за электрический ток в металлах ответственны электроны, возникло значительно раньше опытов Толмена и Стюарта. Еще в 1900 году немецкий ученый П. Друде на основе гипотезы о существовании свободных электронов в металлах создал электронную теорию проводимости металлов. Эта теория получила развитие в работах голландского физика Х. Лоренца и носит название классической электронной теории. Согласно этой теории, электроны в металлах ведут себя как электронный газ, во многом похожий на идеальный газ.
Электронный газ заполняет пространство между ионами, образующими кристаллическую решетку металла. Из-за взаимодействия с ионами электроны могут покинуть металл, лишь преодолев так называемый потенциальный барьер. Высота этого барьера называется работой выхода.
При обычных (комнатных) температурах у электронов не хватает энергии для преодоления потенциального барьера. Согласно теории Друде–Лоренца, электроны обладают такой же средней энергией теплового движения, как и молекулы одноатомного идеального газа. Это позволяет оценить среднюю скорость теплового движения электронов по формулам молекулярно-кинетической теории:
При наложении внешнего электрического поля в металлическом проводнике кроме теплового движения электронов возникает их упорядоченное движение (дрейф), то есть электрический ток. Величина дрейфовой скорости электронов лежит в пределах 0,6 – 6 мм/c. Таким образом, средняя скорость упорядоченного движения электронов в металлических проводниках на много порядков меньше средней скорости их теплового движения.
Малая скорость дрейфа не противоречит опытному факту, что ток во всей цепи постоянного тока устанавливается практически мгновенно. Замыкание цепи вызывает распространение электрического поля со скоростью c = 3·108 м/с.
Через время (l – длина цепи) вдоль цепи устанавливается стационарное распределение электрического поля и в ней начинается упорядоченное движение электронов.
В классической электронной теории металлов предполагается, что движение электронов подчиняется законам механики Ньютона. В этой теории пренебрегают взаимодействием электронов между собой, а их взаимодействие с положительными ионами сводят только к соударениям. Предполагается также, что при каждом соударении электрон передает решетке всю накопленную в электрическом поле энергию и поэтому после соударения он начинает движение с нулевой дрейфовой скоростью.
Несмотря на то, что все эти допущения являются весьма приближенными, классическая электронная теория качественно объясняет законы электрического тока в металлических проводниках: закон Ома, закон Джоуля – Ленца и объясняет существование электрического сопротивления металлов.
Закон Ома:
Электрическое сопротивление проводника:
Закон Джоуля–Ленца:
Однако в ряде вопросов классическая электронная теория приводит к выводам, находящимся в противоречии с опытом.
Эта теория не может, например, объяснить, почему молярная теплоемкость металлов, также как и молярная теплоемкость диэлектрических кристаллов, равна 3R (закон Дюлонга и Пти). Классическая электронная теория не может также объяснить температурную зависимость удельного сопротивления металлов: теория дает , в то время как из эксперимента получается зависимость ρ ~ T.
Наиболее ярким примером расхождения теории и опытов является сверхпроводимость.
ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению — Мегаобучалка
Если увеличить в несколько раз напряжение, действующее в электрической цепи, то ток в этой цепи увеличится во столько же раз. А если увеличить в несколько раз сопротивление цепи, то ток во столько же раз уменьшится. Подобно этому водяной поток в трубе тем больше, чем сильнее давление и чем меньше сопротивление, которое оказывает труба движению воды.
Чтобы выразить закон Ома математически наиболее просто, считают, что сопротивление проводника, в котором при напряжении 1 В проходит ток 1 А, равно 1 Ом.
Ток в амперах можно всегда определить, если разделить напряжение в вольтах на сопротивление в омах. Поэтому закон Ома для участка цепи записывается следующей формулой:
I = U/R.
Расчеты, выполняемые с помощью закона Ома для участка цепи, будут правильны в том случае, когда напряжение выражено в вольтах, сопротивление в омах и ток в амперах. Если используются кратные единицы измерений этих величин (например, миллиампер, милливольт, мегаом и т. д.), то их следует перевести соответственно в амперы, вольты и омы. Чтобы подчеркнуть это, иногда формулу закона Ома для участка цепи пишут так:
ампер = вольт/ом
Можно также рассчитывать ток в миллиамперах и микроамперах, при этом напряжение должно быть выражено в вольтах, а сопротивление — в килоомах и мегаомах соответственно.
Закон Ома справедлив для любого участка цепи. Если требуется определить ток в данном участке цепи, то необходимо напряжение, действующее на этом участке (рис. 1), разделить на сопротивление именно этого участка.
Рис 1. Применение закона Ома для участка цепи
Приведем пример расчета тока по закону Ома. Пусть требуется определить ток в лампе, имеющей сопротивление 2,5 Ом, если напряжение, приложенное к лампе, составляет 5 В. Разделив 5 В на 2,5 Ом, получим значение тока, равное 2 А. Во втором примере определим ток, который будет протекать под действием напряжения 500 В в цепи, сопротивление которой равно 0,5 МОм. Для этого выразим сопротивление в омах. Разделив 500 В на 500 000 Ом, найдем значение тока в цепи, которое равно 0,001 А или 1 мА.
Часто, зная ток и сопротивление, определяют с помощью закона Ома напряжение. Запишем формулу для определения напряжения
U = IR
Из этой формулы видно, что напряжение на концах данного участка цепи прямо пропорционально току и сопротивлению. Смысл этой зависимости понять нетрудно. Если не изменять сопротивление участка цепи, то увеличить ток можно только путем увеличения напряжения. Значит при постоянном сопротивлении большему току соответствует большее напряжение.
Если же надо получить один и тот же ток при различных сопротивлениях, то при большем сопротивлении должно быть соответственно большее напряжение.
Напряжение на участке цепи часто называют падением напряжения. Это нередко приводит к недоразумению. Многие думают, что падение напряжения есть какое-то потерянное ненужное напряжение. В действительности же понятия напряжение и падение напряжения равнозначны.
Расчет напряжения с помощью закона Ома можно показать на следующем примере. Пусть через участок цепи с сопротивлением 10 кОм проходит ток 5 мА и требуется определить напряжение на этом участке.
Умножив I = 0,005 А на R —10000 Ом, получим напряжение,равное 50 В. Можно было бы получить тот же результат, умножив 5 мА на 10 кОм: U = 50 В
В электронных устройствах ток обычно выражается в миллиамперах, а сопротивление — в килоомах. Поэтому удобно в расчетах по закону Ома применять именно эти единицы измерений.
По закону Ома рассчитывается также сопротивление, если известно напряжение и ток.
Формула для этого случая пишется следующим образом: R = U/I.
Сопротивление всегда представляет собой отношение напряжения к току. Если напряжение увеличить или уменьшить в несколько раз, то ток увеличится или уменьшится в такое же число раз. Отношение напряжения к току, равное сопротивлению, остается неизменным.
Не следует понимать формулу для определения сопротивления в том смысле, что сопротивление данного проводника зависит оттока и напряжения. Известно, что оно зависит от длины, площади сечения и материала проводника. По внешнему виду формула для определения сопротивления напоминает формулу для расчета тока, но между ними имеется принципиальная разница. Ток в данном участке цепи действительно зависит от напряжения и сопротивления и изменяется при их изменении. А сопротивление данного участка цепи является величиной постоянной, не зависящей от изменения напряжения и тока, но равной отношению этих величин.
Когда один и тот же ток проходит в двух участках цепи, а напряжения, приложенные к ним, различны, то ясно, что участок, к которому приложено большее напряжение, имеет соответственно большее сопротивление.
А если под действием одного и того же напряжения в двух разных участках цепи проходит различный ток, то меньший ток всегда будет на том участке, который имеет большее сопротивление. Все это вытекает из основной формулировки закона Ома для участка цепи, т. е. из того, что ток тем больше, чем больше напряжение и чем меньше сопротивление.
Расчет сопротивления с помощью закона Ома для участка цепи покажем на следующем примере. Пусть требуется найти сопротивление участка, через который при напряжении 40 В проходит ток 50 мА. Выразив ток в амперах, получим I = 0,05 А. Разделим 40 на 0,05 и найдем, что сопротивление составляет 800 Ом.
Закон Ома можно наглядно представить в виде так называемой вольт-амперной характеристики. Как известно, прямая пропорциональная зависимость между двумя величинами представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат. Такую зависимость принято называть линейной.
Сопротивление и простые схемы – Колледж Дугласа по физике 1207
Резюме
- Объясните происхождение закона Ома.
- Расчет напряжения, тока или сопротивления по закону Ома.
- Объясните, что такое омический материал.
- Опишите простую схему.
Что управляет током? Мы можем думать о различных устройствах, таких как батареи, генераторы, настенные розетки и т. д., которые необходимы для поддержания тока. Все такие устройства создают разность потенциалов и в широком смысле называются источниками напряжения. Когда источник напряжения подключен к проводнику, он создает разность потенциалов В , создающее электрическое поле. Электрическое поле, в свою очередь, воздействует на заряды, вызывая ток.
Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению В . Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) первым экспериментально продемонстрировал, что сила тока в металлической проволоке
I [латекс]\пропто[/латекс] V
Это важное соотношение известно как закон Ома.
Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, где напряжение является причиной, а ток – следствием. Это эмпирический закон, аналогичный закону трения — экспериментально наблюдаемому явлению. Такая линейная зависимость не всегда имеет место.
Если напряжение управляет током, что этому препятствует? Электрическое свойство, препятствующее току (в общих чертах похожее на трение и сопротивление воздуха), называется сопротивлением
[латекс] I \propto \frac{1}{R} [/latex]
Так, например, ток уменьшается вдвое, если сопротивление удваивается. Сочетание отношений тока к напряжению и тока к сопротивлению дает
[латекс]I = \frac{V} {R}[/латекс]
Это соотношение также называют законом Ома. Закон Ома в этой форме действительно определяет сопротивление для определенных материалов.
[латекс] 1 \;\Omega = 1 \frac{V}{A} [/latex]
На рис. 1 ниже показана схема простой цепи. Простая схема имеет один источник напряжения и один резистор. Провода, соединяющие источник напряжения с резистором, можно считать имеющими пренебрежимо малое сопротивление, или их сопротивление можно включить в R .
Пример 1: Расчет сопротивления: автомобильная фара
Стратегия
Мы можем преобразовать закон Ома в соответствии с формулой I = V/R и использовать его для нахождения сопротивления.
Решение
Преобразование I = V/R и подстановка известных значений дает
[латекс] R = \frac{V}{I} = \frac {12,0 В} {2,50 A } = 4,80 \Omega [/латекс]
Обсуждение
Это относительно небольшое сопротивление, но оно больше морозостойкости фары.
Как мы увидим в разделе «Сопротивление и удельное сопротивление», сопротивление обычно увеличивается с температурой, поэтому при первом включении лампочка имеет более низкое сопротивление и будет потреблять значительно больший ток в течение короткого периода прогрева.
Сопротивление колеблется в пределах многих порядков. Некоторые керамические изоляторы, например те, которые используются для поддержки линий электропередач, имеют сопротивление 
Дополнительную информацию можно получить, решив I = V/R , что даст
В = I R.
Это выражение для В можно интерпретировать как падение напряжения на резисторе, вызванное протеканием тока I . Для этого напряжения часто используется фраза IR drop . Например, фара в примере 1 имеет падение напряжения IR , равное 12,0 В. Если измерить напряжение 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 подобен трубе, которая снижает давление и ограничивает поток из-за своего сопротивления. Сохранение энергии имеет здесь важные последствия. Источник напряжения поставляет энергию (вызывая электрическое поле и ток), а резистор преобразует ее в другую форму (например, в тепловую энергию).
Создание соединений: сохранение энергии
В простой электрической цепи единственный резистор преобразует энергию, поступающую от источника, в другую форму. О сохранении энергии здесь свидетельствует тот факт, что вся энергия, подаваемая источником, преобразуется в другую форму одним только резистором. Мы обнаружим, что закон сохранения энергии имеет и другие важные применения в цепях и является мощным инструментом анализа цепей.
PhET Исследования: Закон Ома
Посмотрите, как формула закона Ома соотносится с простой цепью.
Отрегулируйте напряжение и сопротивление и посмотрите, как изменится ток в соответствии с законом Ома. Размеры символов в уравнении изменяются в соответствии с принципиальной схемой. Прямая ссылка: https://phet.colorado.edu/sims/html/ohms-law/latest/ohms-law_en.html
- Простая цепь — это цепь, в которой есть один источник напряжения и одно сопротивление.
- Одно из утверждений закона Ома дает отношение между током I , напряжением В
- Сопротивление выражается в омах (Ом), связанных с вольтами и амперами по формуле 1 Ом = 1 В/1 А.
- Падение напряжения или IR на резисторе, вызванное протеканием через него тока, определяется как В = IR .
- Закон Ома
- эмпирическое соотношение, утверждающее, что ток I пропорционален разности потенциалов В. [латекс] I \propto V[/латекс]. Его часто записывают как
[латекс] I \propto V[/латекс]. Его часто записывают как - сопротивление
- электрическое свойство, препятствующее току; для омических материалов это отношение напряжения к току, R = V/I
- Ом
- единица сопротивления, определяемая как 1 Ом = 1 В/А
- омический
- тип материала, для которого действует закон Ома
- простая схема
- схема с одним источником напряжения и одним резистором
Калькулятор закона Ома
Введите любые два известных параметра цепи в приведенный ниже калькулятор закона Ома и рассчитайте оставшиеся два значения в соответствии с законом Ома.
| Напряжение (В) : | Вольт | |
| Ток (I) | Ампер Миллиампер | |
| Сопротивление (R) | ОмКилоОмМегаОм | |
| Мощность (П) | Вт |
Закон Ома является наиболее фундаментальным законом, который регулирует взаимосвязь между напряжением (V), током (I) и сопротивлением (R).
Он был определен немецким ученым Георгом Симоном Омом и поэтому назван в его честь. Закон гласит, что « для любой цепи электрический ток (I) прямо пропорционален напряжению (В) и обратно пропорционален сопротивлению (R) ».
Это самый фундаментальный закон, из которого были выведены все остальные понятия; возможно, это будет первый закон, который знакомят всех, кто интересуется электроникой. Концепция этого закона очень проста, это просто означает, что напряжение в любых двух точках цепи всегда будет равно произведению сопротивления между двумя точками и током, протекающим через цепь. Математически это можно выразить как
V = IR
Где, V=напряжение I=ток и R=сопротивление
Эту формулу также можно переписать в следующем виде:
В=ИК
И=В/Р
Р = В/И
Используя эти три формулы, вы можете рассчитать значение напряжения, тока или сопротивления.
Как только вы узнаете любой из этих двух параметров, вы также можете рассчитать мощность, используя приведенные ниже формулы 9.0017
П=ВИ | П=И 2 Р | Р= В 2 /Р |
Давайте проверим наш принцип закона Ом на двух приведенных выше схемах. Источник напряжения для обеих цепей 12В. Но у нас есть два разных значения сопротивления для цепей: тот, что слева, использует 110 Ом, а тот, что справа, использует 220 Ом.
Рассчитаем ток, который должен протекать по цепи для обеих цепей. Мы знаем формулы I = V/R.
Для левой цепи I = V/R, что равно I = 12/110, и это дает нам 0,109 А, что составляет ~ 0,11 А, если проверить его с помощью амперметра (см. Амперметр на рисунке выше), мы получим значение Dame. .
Для правой стороны цепи I = 12/220, и это дает нам 0,54 А, что составляет ~ 0,5 А, если проверить это с помощью амперметра (см.