Закон ома для участка и полной цепи: Закон Ома для полной цепи | Полезные статьи

Про закон Ома в популярном изложении

Электрический ток и опасное напряжение невозможно услышать (за исключением гудящих высоковольтных линий и электроустановок). Токоведущие части, находящиеся под напряжением, ничем не отличаются по внешнему виду.

Невозможно узнать их и по запаху, и повышенной температурой в штатных режимах работы они не отличаются. Но включаем в безмолвную и тихую розетку пылесос, щелкаем выключателем – и энергия словно берется из ниоткуда, сама по себе, материализуясь в виде шума и компрессии внутри бытового прибора.

Опять же, если мы воткнем в разъемы розетки два гвоздя и возьмемся за них, то буквально всем своим телом ощутим реальность и объективность существования электрического тока. Делать это, конечно, настоятельно не рекомендуется.

Но примеры с пылесосом и гвоздями наглядно демонстрируют нам, что изучение и понимание основных законов электротехники способствует безопасности при обращении с бытовым электричеством, а также устранению суеверных предубеждений, связанных с электрическим током и напряжением.

Итак, рассмотрим один, самый ценный закон электротехники, который полезно знать. И попытаемся сделать это в как можно более популярной форме.

Содержание статьи

Открытие закона Ома

Дифференциальная форма записи закона Ома

Интегральная форма записи закона Ома для участка цепи

Закон Ома для переменного тока

Интегральная форма записи для полной цепи

Интегральная форма записи закона Ома для участка цепи, содержащего источник ЭДС

В каких случаях не выполняется закон Ома

Открытие закона Ома

В 1827 г. немецкий физик Георг Симон Ом сформулировал закон, связывающий величины электрического тока, электродвижущей силы батареи и сопротивления простой электрической цепи, составленной из батареи и соединяющих ее полюса последовательно включенных разнородных проводников. Кроме того, он обнаружил, что различные вещества оказывают электрическому току различное сопротивление.

Ом экспериментально установил, что в последовательной цепи, составленной из нескольких участков с проводниками разного сопротивления, ток во всех участках одинаков, различна только разность потенциалов на проводниках, которую Ом назвал “падением напряжения”.

В нормальном, несверхпроводящем металлическом проводнике имеет место закон Ома. Для участка проводника, не содержащего источника электродвижущей силы (гальванического элемента, аккумулятора, генератора, термопары, источника фотоэдс и т. д.), закон Ома заключается в том, что сила тока пропорциональна разности потенциалов на концах участка. Коэффициент пропорциональности называют сопротивлением.

Первая запись о законе Ома в лабораторной книге Георга Симона Ома сегодня хранится в архивах Немецкого музея в Мюнхене:

Открытие закона Ома было очень важным этапом исследований электрических и магнитных явлений, имевших большое практическое значение. Закон Ома и открытые в дальнейшем законы  Кирхгофа впервые дали возможность производить расчеты электрических цепей и легли в основу зародившейся электротехники.

Виды законов Ома

1. Дифференциальная форма записи закона Ома

Самый главный закон электротехники – это, конечно, закон Ома. О его существовании знают даже люди, не имеющие отношения к электротехнике. Но между тем вопрос «А знаешь ли ты закон Ома?» в технических ВУЗах является ловушкой для зарвавшихся и самонадеянных школяров. Товарищ, разумеется, отвечает, что закон Ома знает отлично, и тогда к нему обращаются с просьбой привести этот закон в дифференциальной форме. Тут-то и выясняется, что школяру или первокурснику еще учиться и учиться.

Однако дифференциальная форма записи закона Ома на практике почти неприменима. Она отражает зависимость между плотностью тока и напряженностью поля:

j=G*E,

где G – это проводимость цепи; Е – напряженность электрического тока.

Все это – попытки выразить электрический ток, принимая во внимание только физические свойства материала проводника, без учета его геометрических параметров (длина, диаметр и тому подобное). Дифференциальная форма записи закона Ома – это чистая теория, знание ее в быту совершенно не требуется.

2. Интегральная форма записи закона Ома для участка цепи

Иное дело – интегральная форма записи. Она тоже имеет несколько разновидностей.

Самой популярной из них является закон Ома для участка цепи: I=U/R

Говоря по-другому, ток в участке цепи всегда тем выше, чем больше приложенное к этому участку напряжение и чем меньше сопротивление этого участка.

Вот этот «вид» закона Ома просто обязателен к запоминанию для всех, кому хоть иногда приходится иметь дело с электричеством. Благо, и зависимость-то совсем простая. Ведь напряжение в сети можно считать неизменным.

Для розетки оно равно 220 вольт. Поэтому получается, что ток в цепи зависит только от сопротивления цепи, подключаемой к розетке. Отсюда простая мораль: за этим сопротивлением надо следить.

Короткие замыкания, которые у всех на слуху, случаются именно по причине низкого сопротивления внешней цепи. Предположим, что из-за неправильного соединения проводов в ответвительной коробке фазный и нулевой провода оказались напрямую соединены между собой. Тогда сопротивление участка цепи резко снизится практически до нуля, а ток так же резко возрастет до очень большой величины.

Если электропроводка выполнена правильно, то сработает автоматический выключатель, а если его нет, или он неисправен или подобран неправильно, то провод не справится с возросшим током, нагреется, расплавится и, возможно, вызовет пожар.

Но бывает, что приборы, включенные в розетку и отработавшие уже далеко не один час, становятся причиной короткого замыкания. Типичный случай – вентилятор, обмотки двигателя которого подверглись перегреву из-за заклинивания лопастей.

Изоляция обмоток двигателя не рассчитана на серьезный нагрев, она быстро приходит в негодность. В результате появляются межвитковые короткие замыкания, которые снижают сопротивление и, в соответствии с законом Ома, также ведут к увеличению тока.

Повышенный ток, в свою очередь, приводит изоляцию обмоток в полную негодность, и наступает уже не межвитковое, а самое настоящее, полноценное короткое замыкание. Ток идет помимо обмоток, сразу из фазного в нулевой провод. Правда, все сказанное может случиться только с совсем простым и дешевым вентилятором, не оборудованным тепловой защитой.

Шпаргалка по закону Ома для участка цепи:

Закон Ома для переменного тока

Надо отметить, что приведенная запись закона Ома описывает участок цепи с постоянным напряжением. В сетях переменного напряжения существует дополнительное реактивное сопротивление, а полное сопротивление приобретает значение квадратного корня из суммы квадратов активного и реактивного сопротивления.

Закон Ома для участка цепи переменного тока принимает вид: I=U/Z,

где Z – полное сопротивление цепи.

Но большое реактивное сопротивление свойственно, прежде всего, мощным электрическим машинам и силовой преобразовательной технике. Внутреннее электрическое сопротивление бытовых приборов и светильников практически полностью является активным. Поэтому в быту для расчетов можно пользоваться самой простой формой записи закона Ома: I=U/R.

3. Интегральная форма записи для полной цепи

Раз есть форма записи закона для участка цепи, то существует и закон Ома для полной цепи: I=E/(r+R).

Здесь r – внутреннее сопротивление источника ЭДС сети, а R – полное сопротивление самой цепи.

За физической моделью для иллюстрации этого подвида закона Ома далеко ходить не надо – это бортовая электрическая сеть автомобиля, аккумулятор в которой является источником ЭДС.

Нельзя считать, что сопротивление аккумулятора равно абсолютному нулю, поэтому даже при прямом замыкании между его клеммами (отсутствии сопротивления R) ток вырастет не до бесконечности, а просто до высокого значения.

Однако этого высокого значения, конечно, хватит для того, чтобы вызвать расплавление проводов и возгорание обшивки авто. Поэтому электрические цепи автомобилей защищают от короткого замыкания при помощи предохранителей.

Такой защиты может оказаться недостаточно, если замыкание произойдет до блока предохранителей относительно аккумулятора, или если вовсе один из предохранителей заменен на кусок медной проволоки. Тогда спасение только в одном – необходимо как можно быстрее разорвать цепь полностью, откинув «массу», то есть минусовую клемму.

4. Интегральная форма записи закона Ома для участка цепи, содержащего источник ЭДС

Следует упомянуть и о том, что есть и еще одна разновидность закона Ома – для участка цепи, содержащего источник ЭДС:

I=(U+E)/(r+R)

или

I=(U-E)/(r+R)

Здесь U – это разность потенциалов в начале и в окончании рассматриваемого участка цепи. Знак перед величиной ЭДС зависит от направленности ее относительно напряжения.

Воспользоваться законом Ома для участка цепи нередко приходится при определении параметров цепи, когда часть схемы недоступна для детального изучения и не интересует нас.

Допустим, она скрыта неразъемными деталями корпуса. В оставшейся схеме имеется источник ЭДС и элементы с известным сопротивлением. Тогда, замерив напряжение на входе неизвестной части схемы, можно вычислить ток, а после этого – и сопротивление неизвестного элемента.

В каких случаях не выполняется закон Ома

Закон Ома не является универсальной связью между током и напряжением. Для металлов (в несверхпроводящем состоянии) закон Ома имеет место вплоть до весьма больших плотностей тока. Для полупроводников и газов пропорциональность между током и напряжением наблюдается лишь при малых напряжениях.

Термоэлектронный ток в вакууме не подчиняется закону Ома даже при малых напряжениях — в этом случае сила тока пропорциональна U3/2. В вольтовой дуге с увеличением тока напряжение падает (падающая вольтамперная характеристика), так что не может быть и речи о выполнении закона Ома.

Выражение I=U/R, однако, записывают даже в случае, когда закон Ома не выполняется. Тогда оно служит определением сопротивления R = U/I. Если сопротивление не зависит от величины тока, закон Ома имеет место. Если сопротивление само меняется с изменением тока (как, например, сопротивление газа при газовом разряде), то никакой пропорциональности между напряжением и током нет, а значит, нет и закона Ома.

Выводы

Таким образом, мы можем увидеть, что «простой» закон Ома далеко не так прост, как кому-то, возможно, казалось. Зная все формы интегральной записи законов Ома, можно понять и легко запомнить многие требования электробезопасности, а также приобрести уверенность в обращении с электричеством.

Андрей Повный

Источник: http://electrik.info

Ко Дню рождения Георга Ома

Ему пришлось бросить университет, он долго не мог найти работу, его не признавали коллеги-учёные, свои исследования он проводил на собственные деньги — сложно поверить, но именно такая судьба постигла знаменитого немецкого физика Георга Ома, именем которого назван один из фундаментальных законов физики — закон Ома (определяющий связь электродвижущей силы источника с силой тока, протекающего в проводнике и сопротивлением проводника), тот самый, который знает любой восьмиклассник.

Вот уже почти 200 лет его используют для расчётов во всех отраслях электротехники. Именно благодаря закону Ома мы можем использовать себе во благо такое сложное и непокорное природное явление, как электричество.

Осознать революционность и важность закона Ома для физики в частности и мира в целом, а также найти увлекательные задачи, видео и лабораторные работы по теме поможет тематическая подборка материалов МЭШ, подготовленная специалистами ИСМиТО МГПУ ко дню рождения Георга Ома.

Сценарий урока

Электричество — одно из самых интересных, загадочных и одновременно пугающих явлений, которое интересовало человечество с древних времён. Тогда люди видели его только в форме молний, появление которых они чаще всего объясняли гневом языческих богов. Сегодня природа электричества нам понятна, однако от этого оно не стало менее опасным. Поэтому, прежде чем проводить эксперименты и опыты с этим явлением, необходимо изучить правила безопасности. Поможет в этом сценарий метапредметного урока по физике, ОБЖ и английскому языку «Тепловое действие тока. Короткое замыкание». Занятие начнётся с выпуска детского юмористического сериала «Ералаш», а продолжится на родном языке английского физика Джеймса Джоуля, после чего опираясь на закон дети ответят на вопрос: «Когда и почему наступает короткое замыкание?»

Видеоуроки

Видеоурок «Измерение сопротивления проводника при помощи амперметра и вольтметра» перенесёт школьников в лабораторию и покажет им, как научным путём и при помощи профессиональной техники провести лабораторную работу по измерению сопротивления проводника с помощью вольтметра и амперметра.

Видеоурок от «Московского образовательного» телеканала «Закон Ома для полной цепи. Решение экспериментальной задачи» представит одну задачу по физике и два подхода к её решению, а также поможет проверить правильность теоретических рассуждений при помощи реального и виртуального экспериментов. И хотя это занятие предназначено для старшеклассников, восьмиклассники, только изучившие закон Ома, тоже найдут в нём много интересного.

Электронное учебное пособие

Как самостоятельно собрать электрическую цепь, подскажет учебное пособие «Общий физический практикум. Электродинамика-1». При помощи него старшеклассники не только убедятся в объективности известных физических законов и обучатся работе с приборами, но ещё и овладеют навыками грамотной обработки результатов измерений. Практически проверяя физическую сущность закона Ома для участка цепи, обучающиеся смогут приобрести умение собирать электрические цепи, а также научатся определять сопротивления резисторов и материалы, из которых они изготавливаются.

Приложения

Освежить знания, проверить, насколько хорошо вы помните закон Ома и программу средней школы, поможет приложение «Тест „Закон Ома для участка цепи“». Чтобы успешно выполнить задания, нужно знать формулы и уметь применять их, а также выполнять тематические задания, в том числе с использованием графиков. Приложения «Закон Ома для участка цепи» и «Законы постоянного тока» также помогут оценить умения решать качественные и расчётные задачи по теме.

Короткое замыкание чрезвычайно опасно и может вызвать пожар. Избежать беды поможет как раз знание закона Ома. Приложение «Закон Ома для полной цепи. Короткое замыкание» предлагает рассчитать, какие параметры должны быть у электрической цепи и электроприборов, чтобы их использование не вызвало короткого замыкания, было безопасным и комфортным.

Школьники могут помнить закон Ома, но знают ли они, как выглядел человек его открывший? Смогут ли они отличить Георга Ома от других выдающихся учёных: Исаака Ньютона, Альберта Эйнштейна, Майкла Фарадея? Проверить себя ребята могут при помощи приложения «Портреты учёных-физиков».

Виртуальная лаборатория

Виртуальная лаборатория по физике — это инструмент, который всегда под рукой, благодаря ему отсутствие каких-либо измерительных приборов больше не является не является поводом для того, чтобы не проводить эксперименты. Собрать цифровую электрическую цепь в соответствии с поставленной задачей, провести исследование по собственному замыслу — всё это можно сделать в лаборатории «Электродинамика». Оказавшись в ней, не забудьте начать с самого главного: экспериментальной проверки основного закона электродинамики — закона Ома.

Проект

Вспомнить не только достижения Георга Ома, но и историю физики в целом поможет проект «Великие физики» — путешествие во времени, которое начнётся в XVII веке с экспериментов выдающегося итальянского учёного Галилео Галилея, а закончится в современности, ведь физика не стоит на месте, а продолжает развиваться и сегодня. В рамках проекта школьники смогут посвятить исследование биографии Георга Ома или любого другого учёного-физика и их достижениям — для этого нужно просто заполнить и отправить анкету. Цель проекта — публикация энциклопедии по физике, внести вклад в создание которой сегодня может каждый учащийся.

Значение закона Ома: краткий обзор основ

• Новостная рассылка
• Белая бумага
• Вебинары

Откройте для себя PCIM Europe

• Продукты и приложения
• Новости отрасли
• Исследования и разработки
• Инструменты и программное обеспечение
• Эксперты
• Услуги

27.01.2023 От Люк Джеймс

Связанные поставщики

КерамТек ГмбХ EA Elektro-Automatik GmbH & Co. KG РОМ Полупроводник ГмбХ

Закон Ома, возможно, является одним из наиболее важных принципов силовой электроники и лежит в основе проектирования электронных схем. Но что такое закон Ома и как выглядит формула? Прочитайте эту статью, чтобы получить объяснение закона Ома.

(Источник: shaiith — stock.adobe.com)

Что такое закон Ома?

Закон Ома — это формула, которая используется для расчета соотношения между напряжением, током и сопротивлением в электрической цепи. Это три наиболее важных параметра схемы в электронике, поэтому закон Ома является важным принципом, который должен понимать любой начинающий инженер-электрик.

Сегодня закон Ома используется во всех отраслях электротехники, особенно при проектировании электронных схем. Он используется для расчета номинала резисторов, необходимых в цепях, а также может использоваться для определения тока, протекающего в цепи, где можно легко измерить напряжение на известном резисторе.

Закон Ома также используется во множестве расчетов во всех формах проектирования электронных схем, от самых простых до очень сложных. Фактически везде, где течет ток, действует закон Ома.

Определение закона Ома

Закон, утверждающий, что электрический ток пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.

Какова формула закона Ома?

Закон Ома гласит, что ток через компонент, такой как резистор или диод, равен напряжению на этом компоненте, деленному на сопротивление этого соединения. Это можно выразить с помощью трех простых взаимозаменяемых формул (см. рис. 1)

Рисунок 1. На этом изображении показаны три формулы закона Ома.

(Источник: petrroudny – stock.adobe.com)

Каждая из этих формул по существу одинакова. Ни один из них не признан «официальным»; все три используются различными источниками.

Взаимозаменяемость уравнения также означает, что его иногда представляют в виде треугольника, где V (напряжение) находится в верхней части, I (ток) — внизу слева, а R (сопротивление) — внизу справа.

Посмотрите это видео, чтобы увидеть объяснение закона Ома с практическим примером того, как его использовать в простой цепи, в последовательной цепи, а также в параллельной цепи:

История закона Ома

В 1826 году , Георг Саймон Ом опубликовал статьи, в которых дается математическая модель того, как электрические цепи отводят тепло. В мае 1827 года Ом опубликовал Die galvanische Kette, mathematisch Bearbeitet, в которой описал взаимосвязь между электродвижущей силой, током и сопротивлением, позже известную как закон Ома. Эта работа была вдохновлена ​​работой Жана-Батиста Жозефа Фурье по теплопроводности.

Закон Ома был определен Георгом Симоном Омом (1789 – 1854), немецким физиком и математиком.

(Источник: Archivist — stock.adobe.com)

Ом использовал гальванометр для измерения тока и знал, что напряжение между клеммами термопары пропорционально температуре перехода. Затем он добавил тестовые провода, диаметр и материал, чтобы завершить схему, и обнаружил, что его данные можно смоделировать с помощью уравнения закона Ома.

Несмотря на то, что критики отнеслись к его работе враждебно, охарактеризовав ее как фантастику, закон Ома в настоящее время признан одним из наиболее важных из ранних количественных описаний физики электричества. Сегодня это считается очевидным, но в то время было трудно доказать.

Какую роль играет закон Ома в силовой электронике?

Закон Ома позволяет инженерам определять характеристики цепи, такие как ток, протекающий через нее, и сопротивление, если известно напряжение батареи в цепи. Поэтому его можно использовать для управления величиной тока в цепи, позволяя инженерам добавлять и удалять резисторы для уменьшения или увеличения величины тока, необходимого в различных приложениях.

Закон Ома также может быть расширен для описания электрической мощности (т. е. скорости потока энергии в секунду), поскольку мощность P = IV, и поэтому инженеры могут использовать его, чтобы гарантировать, что их схема обеспечивает достаточно энергии для удовлетворения потребностей, например, 80-ваттный прибор.

Вкратце, три основных применения закона Ома:

• Определение напряжения, сопротивления или силы тока в электрической цепи.

• Поддержание желаемого падения напряжения на электронных компонентах.

• Отвод тока в амперметрах постоянного тока и других шунтах постоянного тока.

Ограничения закона Ома

Подобно закону Мура, некоторые законы в отрасли силовой электроники противоречивы или не могут применяться безоговорочно. Это приводит к следующему вопросу: Всегда ли верен закон Ома? Хотя закон Ома играет фундаментальную роль в электротехнике, необходимо помнить о некоторых ключевых ограничениях.

Во-первых, закон Ома не применяется к односторонним электрическим компонентам. К ним относятся, например, диоды и транзисторы, несмотря на то, что они пропускают ток только в одном направлении. Во-вторых, уровень напряжения не будет соответствовать времени для нелинейных электронных компонентов, обладающих такими свойствами, как емкость и сопротивление. Это затрудняет применение закона Ома в таких сценариях.
Полупроводники, такие как кремний, например, не подчиняются закону Ома и в результате известны как неомические проводники. По сути, это означает, что отношение напряжения к току не остается постоянным при изменении напряжения.
Закон Ома также может не дать желаемых результатов, если физические условия, такие как температура или давление, не поддерживаются постоянными.

Подпишитесь на рассылку новостей сейчас

Не пропустите наш лучший контент

Деловая электронная почта

Нажимая «Подписаться на рассылку новостей», я даю согласие на обработку и использование моих данных в соответствии с формой согласия (пожалуйста, разверните для подробностей) и принимаю Условия использования. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Развернуть для подробностей вашего согласия

(ID:4

39)

Использование закона Ома — физика для старших классов

Все ресурсы по физике для старших классов

6 диагностических тестов 233 практических теста Вопрос дня Карточки Учитесь по концепции

← Предыдущая 1 2 Следующая →

Справка по физике для старших классов » Электричество и магнетизм » Электрические схемы » Схемные расчеты и концепции » Используйте закон Ома

Каково напряжение цепи с током и сопротивлением?

Возможные ответы:

Правильный ответ:

Пояснение:

Для этой задачи используйте закон Ома: . В этом уравнении напряжение, ток и сопротивление.

Подставьте данные значения и определите напряжение.

Сообщить об ошибке

Какова сила тока в цепи с напряжением  и общим сопротивлением ?

Возможные ответы:

Правильный ответ:

Пояснение:

Для этой задачи используйте закон Ома: . В этом уравнении напряжение, ток и сопротивление.

Мы можем изменить уравнение, чтобы решить его специально для .

Подставьте данные значения напряжения и сопротивления, чтобы найти ток.

Сообщить об ошибке

Каково сопротивление в цепи с напряжением и силой тока?

Возможные ответы:

Правильный ответ:

Пояснение:

Для этой задачи используйте закон Ома: . В этом уравнении напряжение, ток и сопротивление.

Мы можем изменить уравнение, чтобы решить его специально для .

Подставьте данные значения напряжения и тока и определите сопротивление.

Сообщить об ошибке

Аккумулятор подключен к цепи. Измеренный ток. Чему равно сопротивление?

Возможные ответы:

Правильный ответ:

Объяснение:

Для этой задачи используйте закон Ома: .

Нам известны напряжение и ток, что позволяет нам найти сопротивление.

Сообщить об ошибке

Замкнутая электрическая цепь создана так, что есть ток  и напряжение  . Какое сопротивление в цепи?

Возможные ответы:

Правильный ответ:

Объяснение:

Для этой задачи используйте закон Ома: .

Нам даны ток и напряжение. Используя эти термины, мы можем найти сопротивление.

Сообщить об ошибке

Ток в цепи . Если напряжение, то каково полное сопротивление?

Возможные ответы:

Правильный ответ:

Пояснение:

Для этой задачи используйте закон Ома:

Нам известны ток и напряжение, что позволяет нам найти сопротивление.

Сообщить об ошибке

Электрическая цепь имеет общее сопротивление и . Какой ток?

Возможные ответы:

Правильный ответ:

Объяснение:

Для этой задачи используйте закон Ома:

Нам известны сопротивление и напряжение, что позволяет нам найти ток.

Сообщить об ошибке

Электрическая цепь имеет ток и сопротивление. Какое напряжение?

Возможные ответы:

Правильный ответ:

Объяснение:

Для этой задачи используйте закон Ома:

Нам известны сопротивление и ток, что позволяет нам найти напряжение.

Сообщить об ошибке

Электрическая цепь имеет ток и сопротивление. Какое напряжение?

Возможные ответы:

Правильный ответ:

Объяснение:

Для этой задачи используйте закон Ома:

Нам известны сопротивление и ток, что позволяет нам найти напряжение.

Сообщить об ошибке

Цепь имеет ток, , напряжение, и сопротивление, .