Главная
Закон ома формула мощности: инструменты и методы технического волшебства

Закон ома формула мощности: инструменты и методы технического волшебства

Содержание

инструменты и методы технического волшебства

Самая главная формула для любого инженера-электрика – это закон Ома, который определяет соотношение между напряжением (измеряется в вольтах), током (измеряется в амперах) и сопротивлением (измеряется в Омах) в цепи. Схема представляет собой замкнутый контур с источником электрической энергии ( например, батареей 9 В) и нагрузкой (чем-то, что расходует энергию, как светодиод). Прежде всего, важно понять физический смысл каждого термина:

• напряжение представляет собой разность электрических потенциалов между двумя точками;

• ток течет от точки с более высокой потенциальной энергией, чтобы снизить потенциальную энергию. Пользуясь аналогией, электрический ток можно предста

– 46 –

вить как поток воды, а напряжение – как высоту перепада. Вода (или ток) всегда течет из точки с большей высотой (более высокое напряжение) к точке с меньшей высотой (или более низкому напряжению). Ток, как вода в реке, всегда будет идти по пути наименьшего сопротивления в цепи;

• по аналогии сопротивление является отверстием для протекания тока. Когда вода (ток) течет через узкую трубу, за одинаковое количество времени проходит меньшее количество, чем через широкую трубу. Узкая труба эквивалентна большему сопротивлению, потому что вода будет течь медленнее. Широкая труба эквивалентна малому сопротивлению, потому что вода (ток) может течь быстрее.

Закон Ома определяется следующим образом:

U = I·R, где U – напряжение в вольтах; I – ток в амперах; R – сопротивление в омах.

В электрической цепи каждый компонент обладает некоторым сопротивлением, что снижает напряжение. Закон Ома очень удобен для подбора значения резистора, подкточаемого последовательно со светодиодом. Светодиоды характеризуются определенной величиной падения напряжения и заданным значением рабочего тока. Чем больше ток через светодиод (не превышая максимально допустимого), тем ярче он светится. Для наиболее распространенных светодиодов максимальный ток равен 20 мА. Типовое значение падения напряжения для светодиода составляет около 2 в.

Рассмотрим схему, изображенную на рис. 2.3, и применим закон Ома для подбора резистора R1.

Рис. 2.3. Схема включения светодиода

Предположим, что LED 1 – стандартный светодиод с прямым током 20 мА и падением напряжения 2 В. Напряжение питания 5 В должно перераспределиться между светодиодом и резистором. Поскольку доля светодиода составляет 2 В, оставшиеся 3 В должны быть приложены к резистору. Зная максимальное значение прямого тока через светодиод (20 мА), можно найти номинал резистора:

R = U/I= 3/0,02 = 150 Ом.

Таким образом, при сопротивлении резистора 150 Ом через него и светодиод протекает ток 20 мА. По мере увеличения сопротивления ток будет уменьшаться.

Резистор 220 Ом обеспечивает достаточную яркость свечения светодиода, к тому же этот номинал очень распространен.

Еще одно важное соотношение – формула для расчета мощности, которая показывает, сколько ватт рассеивается на каждом компоненте. Увеличение мощности рас

– 47 –

сеивания связано с ростом тепловыделения прибора. Для каждого компонента, как правило, задается максимально допустимая мощность. Максимальная мощность резистора в нашем примере равна 0,125 Вт. Формула для расчета мощности выглядит следующим образом:

Р = U·I, где Р – мощность, Вт; U- напряжение, В; I – сила тока, А.

Для резистора из схемы на рис. 2.3 при падении напряжения 3 В и силе тока 20 мА мощность равна

Р = 3·0,02 = 0,06 Вт.

Поскольку 60 мВт< 0,125 Вт = 125 мВт, следовательно, данный резистор не перегреется.

Формула тока. Как найти ток. Вычисляем и определяем ток по формуле закона Ома.

Основополагающей формулой для нахождения силы тока является классический закон Ома, который гласит, что сила тока равна напряжение деленное на сопротивление. И эта основополагающая формула любого электрика и электроника, которая постоянно используется для быстрого вычисления силы тока той или иной цепи. Из любых двух известных величин закона Ома (это ток, напряжение и сопротивление) всегда можно найти третью. В случае нахождения напряжения мы перемножаем ток на сопротивление, ну а при вычислении тока или сопротивления всегда напряжение делим на ту величину, которая известная (сила тока или сопротивление).

Стоит сказать, что данная формула тока подходит как для переменного, так и для постоянного тока. Хотя для переменного имеются некоторые нюансы. А именно: это случаи, когда мы используем активную нагрузку (нагреватели, лампочки). Формула тока показывает зависимость напряжения, сопротивления, и собственно силы тока.

Поскольку немаловажной характеристикой, используемой в области электричества, является также электрическая мощность, то для нахождения силы тока применять можно и её. Электрическая мощность, это произведение силы тока на напряжение. И чтобы найти силу тока необходимо мощность поделить на известное напряжение. Например, нам известна мощность нагревательного элемента, которая равна 880 Вт. Мы также знаем напряжение, что будет подаваться на него, равное 220 В. Нам нужно найти силу тока, которая будет протекать по цепи питания данного нагревателя. Для этого мы просто 880 ватт делим на 220 вольт, что даст на силу тока в 4 ампера.

Теперь как можно вычислить по формуле тока (по закону Ома) этот самый ток зная напряжение и сопротивление. Итак, у нас всё то же напряжение 220 вольт, и есть тот же нагревательный элемент. Мы мультиметром, тестером измеряем сопротивление элемента (у нагревателя с мощностью 880 ватт и рассчитанного на напряжение 220 вольт оно будет 55 ом). И что бы найти силу тока мы напряжение 220 вольт делим на сопротивление нагревателя 55 ом, в итоге получаем всю ту же силу тока в 4 ампера.

Просто нужно хорошо запомнить эти две формулы тока (его нахождение через мощность и через сопротивление с известным напряжением). Тогда вы быстро и без труда в голове сможете вычислять как силу тока электрической цепи, так и любые другие электрические величины (напряжение, сопротивление, мощность).

 

Ну, а если вы больше практик, тогда просто берите в руки измерители и меряйте. Напомню, напряжение мы измеряем параллельным прикладыванием щупов тестера, мультиметра к контактам, на которых будет измерять величину разности потенциалов. Силу тока же мы меряем уже путем разрыва цепи, где нужно измерить силу тока, то есть разрываем электрическую цепь в начале (поближе к источнику питания) и между этим разрывом подсоединяем щупы нашего измерителя тока (амперметра). Не забывайте, что переменный ток должен соответствовать своему положению на переключателе тестера, а постоянный своему месту (иначе вы получите неверные значения измеряемого тока).

P.S. Для лучшего запоминания закона Ома вы просто держите в голове, что при делении напряжение всегда в верху, то есть если по закону Ома мы находим напряжение, то перемножаем ток на сопротивление, ну в двух других случаях (при нахождении сопротивления или тока) мы всегда напряжение делим на известную величину, получая вторую, которая ранее была неизвестна.

Парадокс формул электрической мощности | Великий Шизик

Здравствуйте, друзья! Многие считают, что в физике самое сложное – это формулы, которые трудно запомнить, а вредные учителя почему-то заставляют учить их наизусть. По моему опыту, формулы сложно не столько запомнить, сколько применить, понять условие их применимости. Для этого надо конкретно разбираться, в идеале (недостижимом) – выводить, и бесполезно просто зазубривать. Ведь даже простые формулы, состоящие всего из трех буковок, и знаков умножить-разделить, бывают коварными.

Возьмем обычные школьные формулы электрической мощности, рассеиваемой на сопротивлении нагрузки, то есть на электроприборе.

Как зависит мощность от сопротивления? Если мы просто возьмем формулы из учебника, получим противоречие – при увеличении сопротивления она или увеличивается, или уменьшается. Для наглядности нарисовала графики по формулам.

Как зависит мощность от сопротивления? Если мы просто возьмем формулы из учебника, получим противоречие – при увеличении сопротивления она или увеличивается, или уменьшается. Для наглядности нарисовала графики по формулам.

На этом вопросе я часто ловлю школьников и студентов. Что же получается, физика нам врёт? Где правда, как действительно зависит мощность от сопротивления?

Не буду вас томить, уважаемые читатели. Никакого противоречия нет. Просто в формулах, приведенных выше, и сила тока, и напряжение, не являются постоянными, они тоже зависят от сопротивления.

Зависимость силы тока и напряжения от сопротивления – это уже другая формула, а именно закон Ома для полной цепи. Вот он:

Зависимость силы тока и напряжения от внешнего сопротивления, на основе закона Ома для полной цепи.

Зависимость силы тока и напряжения от внешнего сопротивления, на основе закона Ома для полной цепи.

В формулы закона Ома входят постоянные параметры – ЭДС и внутреннее сопротивление. Теперь берем любую из формул – тока или напряжения, и подставляем в любое из выражений для мощности, данное на первом рисунке. Результат получится одинаковым! Вот таким:

Окончательная формула для мощности

Окончательная формула для мощности

Как видите, это уже более хитрая формулка. Есть на чём поймать школьника! Такие задачки есть в школьном учебнике, но в стандартной программе они идут как усложненные.

Вот график этой зависимости.

Зависимость мощности от сопротивления, ее максимальное значение и предельные случаи – источник тока и источник напряжения.

Зависимость мощности от сопротивления, ее максимальное значение и предельные случаи – источник тока и источник напряжения.

Если внешнее сопротивление равно внутреннему сопротивлению источника, то мощность будет максимальной. Это так называемое условие согласования, оно часто применяется в электротехнике. Интерес также вызывают предельные случаи.

  • Внешнее сопротивление мало по сравнению с внутренним. Сила тока, даваемая источником, не будет зависеть от внешнего сопротивления. Такой источник называют источником тока. Зависимость мощности от внешнего сопротивления будет близка к линейной.
  • Внешнее сопротивление велико по сравнению с внутренним. Тогда напряжение, даваемое источником, не будет зависеть от внешнего сопротивления. Это источник напряжения. Зависимость мощности от сопротивления будет обратно пропорциональной. Кстати, стандартная электрическая розетка является источником напряжения.

Предельные случаи графика мне напоминают известную притчу о слепых мудрецах, которые ощупывали слона с разных сторон (вот она на Дзене). Объединив знания вместе, получаем отличного слона.

Почему слон розовый? Просто захотелось так нарисовать, я же девочка 🙂

Почему слон розовый? Просто захотелось так нарисовать, я же девочка 🙂

Вот бы все в жизни противоречия разрешались так же просто! Спасибо всем, кто дочитал до конца!

Constant-Current – Электрический ток в физике

Электрическая энергия легко преобразуется в другие виды энергии — механическую, химическую, световую, внутреннюю энергию вещества, что широко применяется в промышленности и в быту.

Мерой изменения энергии электрического тока служит работа источника тока, создающего и поддерживающего электрическое поле в цепи.

Стационарное электрическое поле, перемещающее заряды по проводнику, совершает работу. Эту работу называют работой тока. Работа электрического тока на участке цепи, как следует из определения напряжения,


где q — электрический заряд, проходящий по участку цепи, а U — напряжение на участке.

Учитывая, что q = It, где I — сила тока в проводнике, а t — время прохождения электрического тока, для работы тока получим


Если R — сопротивление однородного участка цепи, то, используя закон Ома для участка цепи, можно получить формулу для расчета работы тока:


Если участок цепи не является однородным, то работу совершает не только стационарное электрическое поле, но и сторонние силы, и полная работа определяется по формуле


По вышеприведенным формулам можно рассчитать полную работу тока на данном участке цепи.

Если в цепи есть электродвигатель, то энергия электрического тока, во-первых, расходуется на совершение механической работы — полезная работа Ameh, во-вторых, затрачивается на нагревание обмоток электродвигателя и соединительных проводов — теряемая энергия. В этом случае коэффициент полезного действия можно рассчитать как



Говоря о коэффициенте полезного действия источника тока, под полезной работой подразумевают работу, совершаемую во внешней цепи постоянного тока:


Затраченная же работа источника тока равна работе сторонних сил:


где .

Тогда .

КПД источника , где U — напряжение во внешней цепи (напряжение на полюсах источника тока). Графическая зависимость η = f(R) при r = const приведена на рис. 1.



Рис. 1

Единица работы электрического тока в СИ — джоуль (Дж). 1 Дж представляет работу тока, эквивалентную механической работе в 1 Дж. 1 Дж = Кл·В = А·В·с.

Измеряют работу электрического тока счетчиками.

Скорость совершения работы тока на данном участке цепи характеризует мощность тока. Мощность тока определяют по формуле или P = IU.

Используя закон Ома для участка цепи, можно записать иначе формулу для мощности тока: . В этом случае речь идет о тепловой мощности.

Единица мощности тока — ватт: 1 Вт = Дж/с. Отсюда Дж = Вт·с.

Кроме того, применяют внесистемные единицы: киловатт-час или гектоватт-час: 1 кВт·ч = 3,6·106 Дж = 3,6 МДж; 1 гВт·ч = 3,6·105 Дж = 360 кДж.

Для измерения мощности тока существуют специальные приборы — ваттметры.

Закон ома для переменных токов. Закон Ома

Закон Ома был открыт немецким физиком Георгом Омом в 1826 году и с тех пор начал широко применяться в электротехнической области в теории и на практике. Он выражается известной формулой, с посредством которой можно выполнить расчеты практически любой электрической цепи. Тем не менее, закон Ома для переменного тока имеет свои особенности и отличия от подключений с постоянным током, определяемые наличием реактивных элементов. Чтобы понять суть его работы, нужно пройти по всей цепочке, от простого к сложному, начиная с отдельного участка электрической цепи.

Закон ома для участка цепи

Закон Ома считается рабочим для различных вариантов электрических цепей. Более всего он известен по формуле I = U/R, применяемой в отношении отдельного отрезка цепи постоянного или переменного тока.

В ней присутствуют такие определения, как сила тока (I), измеряемая в амперах, напряжение (U), измеряемое в вольтах и сопротивление (R), измеряемое в Омах.

Широко распространенное определение этой формулы выражается известным понятием: сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению на конкретном отрезке цепи. Если увеличивается напряжение, то возрастает и сила тока, а рост сопротивления, наоборот, снижает ток. Сопротивление на этом отрезке может состоять не только из одного, но и из нескольких элементов, соединенных между собой .

Формулу закона Ома для постоянного тока можно легко запомнить с помощью специального треугольника, изображенного на общем рисунке. Он разделяется на три секции, в каждой из которых помещен отдельно взятый параметр. Такая подсказка дает возможность легко и быстро найти нужное значение. Искомый показатель закрывается пальцем, а действия с оставшимися выполняются в зависимости от их положения относительно друг друга.

Если они расположены на одном уровне, то их нужно перемножить, а если на разных – верхний параметр делится на нижний. Данный способ поможет избежать путаницы в расчетах начинающим электротехникам.

Закон ома для полной цепи

Между отрезком и целой цепью существуют определенные различия. В качестве участка или отрезка рассматривается часть общей схемы, расположенная в самом источнике тока или напряжения. Она состоит из одного или нескольких элементов, соединенных с источником тока разными способами.

Система полной цепи представляет собой общую схему, состоящую из нескольких цепочек, включающую в себя батареи, разные виды нагрузок и соединяющие их провода. Она также работает по закону Ома и широко используется в практической деятельности, в том числе и для переменного тока.

Принцип действия закона Ома в полной цепи постоянного тока можно наглядно увидеть при выполнении несложного опыта. Как показывает рисунок, для этого потребуется источник тока с напряжением U на его электродах, любое постоянное сопротивление R и соединительные провода. В качестве сопротивления можно взять обычную лампу накаливания. Через ее нить будет протекать ток, создаваемый электронами, перемещающимися внутри металлического проводника, в соответствии с формулой I = U/R.

Система общей цепи будет состоять из внешнего участка, включающего в себя сопротивление, соединительные проводки и контакты батареи, и внутреннего отрезка, расположенного между электродами источника тока. По внутреннему участку также будет протекать ток, образованный ионами с положительными и отрицательными зарядами. Катод и анод станут накапливать заряды с плюсом и минусом, после чего среди них возникнет .

Полноценное движение ионов будет затруднено внутренним сопротивлением батареи r, ограничивающим выход тока в наружную цепь, и понижающим его мощность до определенного предела. Следовательно, ток в общей цепи проходит в пределах внутреннего и внешнего контуров, поочередно преодолевая общее сопротивление отрезков (R+r). На размеры силы тока влияет такое понятие, как электродвижущая сила – ЭДС, прилагаемая к электродам, обозначенная символом Е.

Значение ЭДС возможно измерить на выводах батареи с использованием вольтметра при отключенном внешнем контуре. После подключения нагрузки на вольтметре появится наличие напряжения U. Таким образом, при отключенной нагрузке U = E, в при подключении внешнего контура U

ЭДС дает толчок движению зарядов в полной цепи и определяет силу тока I = E/(R+r). Данная формула отражает закон Ома для полной электрической цепи постоянного тока. В ней хорошо просматриваются признаки внутреннего и наружного контуров. В случае отключения нагрузки внутри батареи все равно будут двигаться заряженные частицы. Это явление называется током саморазряда, приводящее к ненужному расходу металлических частиц катода.

Под действием внутренней энергии источника питания сопротивление вызывает нагрев и его дальнейшее рассеивание снаружи элемента. Постепенно заряд батареи полностью исчезает без остатка.

Закон ома для цепи переменного тока

Для цепей переменного тока закон Ома будет выглядеть иначе. Если взять за основу формулу I = U/R, то кроме активного сопротивления R, в нее добавляются индуктивное XL и емкостное ХС сопротивления, относящиеся к реактивным. Подобные электрические схемы применяются значительно чаще, чем подключения с одним лишь активным сопротивлением и позволяют рассчитать любые варианты.

Сюда же включается параметр ω, представляющий собой циклическую частоту сети. Ее значение определяется формулой ω = 2πf, в которой f является частотой этой сети (Гц). При постоянном токе эта частота будет равной нулю, а емкость примет бесконечное значение. В данном случае электрическая цепь постоянного тока окажется разорванной, то есть реактивного сопротивления нет.

Цепь переменного тока ничем не отличается от постоянного, за исключением источника напряжения. Общая формула остается такой же, но при добавлении реактивных элементов ее содержание полностью изменится. Параметр f уже не будет нулевым, что указывает на присутствие реактивного сопротивления. Оно тоже оказывает влияние на ток, протекающий в контуре и вызывает резонанс. Для обозначения полного сопротивления контура используется символ Z.

Отмеченная величина не будет равной активному сопротивлению, то есть Z ≠ R. Закон Ома для переменного тока теперь будет выглядеть в виде формулы I = U/Z. Знание этих особенностей и правильное использование формул, помогут избежать неправильного решения электротехнических задач и предотвратить выход из строя отдельных элементов контура.

Были выведены соотношения, связывающие амплитуды переменных токов и напряжений на резисторе, конденсаторе и катушке индуктивности: R I R = U R ; 1 ω C I C = U C ; ω L I L = U L .

Эти соотношения во виду напоминают закон Ома для участка цепи постоянного тока, но только теперь в них входят не значения постоянных токов и напряжений на участке цепи, а амплитудные значения переменных токов и напряжений .

Соотношения (*) выражают закон Ома для участка цепи переменного тока, содержащего один из элементов R , L и C . Физические величины R , 1 ω C и ωL называются активным сопротивлением резистора, емкостным сопротивлением конденсатора и индуктивным сопротивлением катушки.

При протекании переменного тока по участку цепи электромагнитное поле совершает работу, и в цепи выделяется джоулево тепло. Мгновенная мощность в цепи переменного тока равна произведению мгновенных значений тока и напряжения: p = J ċ u . Практический интерес представляет среднее за период переменного тока значение мощности P = P ср = I 0 U 0 cos ω t cos (ω t + φ) ¯ .

Здесь I 0 и U 0 – амплитудные значения тока и напряжения на данном участке цепи, φ – фазовый сдвиг между током и напряжением. Черта означает знак усреднения. Если участок цепи содержит только резистор с сопротивлением R , то фазовый сдвиг φ = 0 : P R = I R U R cos 2 ω t ¯ = I R U R 2 = I R 2 R 2 .

Для того, чтобы это выражение по виду совпадало с формулой для мощности постоянного тока, вводятся понятия действующих или эффективных значений силы тока и напряжения: I д = I 0 2 ; U д = U 0 2 .

Средняя мощность переменного тока на участке цепи, содержащем резистор, равна P R = I д U д.

Если участок цепи содержит только конденсатор емкости C , то фазовый сдвиг между током и напряжением φ = π 2 . Поэтому P C = I C U C cos ω t cos (ω t + π 2) ¯ = I C U C cos ω t (- sin ω t) ¯ = 0.

Аналогично можно показать, что P L = 0 .

Таким образом, мощность в цепи переменного тока выделяется только на активном сопротивлении. Средняя мощность переменного тока на конденсаторе и катушке индуктивности равна нулю.

Рассмотрим теперь электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных резистора, конденсатора и катушки. Цепь подключена к источнику переменного тока частоты ω. На всех последовательно соединенных участках цепи протекает один и тот же ток. Между напряжением внешнего источника e (t) и током J (t) возникает фазовый сдвиг на некоторый угол φ. Поэтому можно записать J (t) = I 0 cos ωt; e (t) = ℰ 0 cos (ωt + φ) .

Такая запись мгновенных значений тока и напряжения соответствует построениям на векторной диаграмме (рис. 2.3.2). Средняя мощность, развиваемая источником переменного тока, равна P = I 0 ℰ 0 cos ω t cos (ω t + φ) ¯ = I 0 ℰ 0 2 cos φ = I д ℰ д cos φ .

Как видно из векторной диаграммы, U R = ℰ 0 · cos φ , поэтому P = I 0 U R 2 . Следовательно, вся мощность, развиваемая источником, выделяется в виде джоулева тепла на резисторе, что подтверждает сделанный ранее вывод.

В § 2.3 было выведено соотношение между амплитудами тока I 0 и напряжения ℰ 0 для последовательной RLC -цепи: I 0 = ℰ 0 R 2 + (ω L – 1 ω C) 2 .

Величину Z = R 2 + (ω L – 1 ω C) 2 называют полным сопротивлением цепи переменного тока. Формулу, выражающую связь между амплитудными значениями тока и напряжения в цепи, можно записать в виде ZI 0 = ℰ 0 .

Это соотношение называют законом Ома для цепи переменного тока. Формулы (*), приведенные в начале этого параграфа, выражают частные случаи закона Ома (**).

Понятие полного сопротивления играет важную роль при расчетах цепей переменного тока. Для определения полного сопротивления цепи во многих случаях удобно использовать наглядный метод векторных диаграмм. Рассмотрим в качестве примера параллельный RLC -контур, подключенный к внешнему источнику переменного тока (рис. 2.4.1).

Параллельный RLC -контур

При построении векторной диаграммы следует учесть, что при параллельном соединении напряжение на всех элементах R , C и L одно и то же и равно напряжению внешнего источника. Токи, текущие в разных ветвях цепи, отличаются не только по значениям амплитуд, но и по фазовым сдвигам относительно приложенного напряжения. Поэтому полное сопротивление цепи нельзя вычислить по законам параллельного соединения цепей постоянного тока . Векторная диаграмма для параллельного RLC -контура изображена на рис. 2.4.2.

Векторная диаграмма для параллельного RLC-контура

Из диаграммы следует: I 0 = ℰ 0 (1 R) 2 + (ω L – 1 ω C) 2 .

Поэтому полное сопротивление параллельного RLC -контура выражается соотношением Z = 1 (1 R) 2 + (ω L – 1 ω C) 2 .

При параллельном резонансе (ω 2 = 1 / LC ) полное сопротивление цепи принимает максимальное значение, равное активному сопротивлению резистора: Z = Z max = R .

Фазовый сдвиг φ между током и напряжением при параллельном резонансе равен нулю.

Закон Ома часто называют основным законом электричества. Открывший его в 1826 г. известный немецкий физик Георг Симон Ом установил зависимость между основными физическими величинами электрической цепи – сопротивлением, напряжением и силой тока.

Электрическая цепь

Чтобы лучше понять смысл закона Ома, нужно представлять, как устроена электрическая цепь.

Что же такое электрическая цепь? Это путь, который проходят электрически заряженные частицы (электроны) в электрической схеме.

Чтобы в электрической цепи существовал ток, необходимо наличие в ней устройства, которое создавало бы и поддерживало разность потенциалов на участках цепи за счёт сил неэлектрического происхождения. Такое устройство называется источником постоянного тока , а силы – сторонними силами .

Электрическую цепь, в которой находится источник тока, называют полной электрической цепью . Источник тока в такой цепи выполняет примерно такую же функцию, что и насос, перекачивающий жидкость в замкнутой гидравлической системе.

Простейшая замкнутая электрическая цепь состоит из одного источника и одного потребителя электрической энергии, соединённых между собой проводниками.

Параметры электрической цепи

Свой знаменитый закон Ом вывел экспериментальным путём.

Проведём несложный опыт.

Соберём электрическую цепь, в которой источником тока будет аккумулятор, а прибором для измерения тока – последовательно включенный в цепь амперметр. Нагрузкой служит спираль из проволоки. Напряжение будем измерять с помощью вольтметра, включенного параллельно спирали. Замкнём с помощью ключа электрическую цепь и запишем показания приборов.

Подключим к первому аккумулятору второй с точно таким же параметрами. Снова замкнём цепь. Приборы покажут, что и сила тока, и напряжение увеличились в 2 раза.

Если к 2 аккумуляторам добавить ещё один такой же, сила тока увеличится втрое, напряжение тоже утроится.

Вывод очевиден: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению, приложенному к концам проводника .

В нашем опыте величина сопротивления оставалась постоянной. Мы меняли лишь величину тока и напряжения на участке проводника. Оставим лишь один аккумулятор. Но в качестве нагрузки будем использовать спирали из разных материалов. Их сопротивления отличаются. Поочерёдно подключая их, также запишем показания приборов. Мы увидим, что здесь всё наоборот. Чем больше величина сопротивления, тем меньше сила тока. Сила тока в цепи обратно пропорциональна сопротивлению .

Итак, наш опыт позволил нам установить зависимость силы тока от величины напряжения и сопротивления.

Конечно, опыт Ома был другим. В те времена не существовало амперметров, и, чтобы измерить силу тока, Ом использовал крутильные весы Кулона. Источником тока служил элемент Вольта из цинка и меди, которые находились в растворе соляной кислоты. Медные проволоки помещались в чашки со ртутью. Туда же подводились концы проводов от источника тока. Проволоки были одинакового сечения, но разной длины. За счёт этого менялась величина сопротивления. Поочерёдно включая в цепь различные проволоки, наблюдали за углом поворота магнитной стрелки в крутильных весах. Собственно, измерялась не сама сила тока, а изменение магнитного действия тока за счёт включения в цепь проволок различного сопротивления. Ом называл это «потерей силы».

Но так или иначе эксперименты учёного позволили ему вывести свой знаменитый закон.

Георг Симон Ом

Закон Ома для полной цепи

Между тем, формула, выведенная самим Омом, выглядела так:

Это не что иное, как формула закона Ома для полной электрической цепи: « Сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений внешней цепи и внутреннего сопротивления источника ».

В опытах Ома величина Х показывала изменение величины тока. В современной формуле ей соответствует сила тока I , протекающего в цепи. Величина а характеризовала свойства источника напряжения, что соответствует современному обозначению электродвижущей силы (ЭДС) ε . Значение величины l зависело от длины проводников, соединявших элементы электрической цепи. Эта величина являлась аналогией сопротивления внешней электрической цепи R . Параметр b характеризовал свойства всей установки, на которой проводился опыт. В современной обозначении это r – внутреннее сопротивление источника тока.

Как выводится современная формула закона Ома для полной цепи?

ЭДС источника равна сумме падений напряжений на внешней цепи (U ) и на самом источнике (U 1 ).

ε = U + U 1 .

Из закона Ома I = U / R следует, что U = I · R , а U 1 = I · r .

Подставив эти выражения в предыдущее, получим:

ε = I · R + I · r = I · (R + r) , откуда

По закону Ома напряжение во внешней цепи равно произведению силы тока на сопротивление. U = I · R . Оно всегда меньше, чем ЭДС источника. Разница равна величине U 1 = I · r .

Что происходит при работе батарейки или аккумулятора? По мере того, как разряжается батарейка, растёт её внутренне сопротивление. Следовательно, увеличивается U 1 и уменьшается U .

Полный закон Ома превращается в закон Ома для участка цепи, если убрать из него параметры источника.

Короткое замыкание

А что произойдёт, если сопротивление внешней цепи вдруг станет равно нулю? В повседневной жизни мы можем наблюдать это, если, например, повреждается электрическая изоляция проводов, и они замыкаются между собой. Возникает явление, которое называется коротким замыканием . Ток, называемый током короткого замыкания , будет чрезвычайно большим. При этом выделится большое количество теплоты, которое может привести к пожару. Чтобы этого не случилось, в цепи ставят устройства, называемые предохранителями. Они устроены так, что способны разорвать электрическую цепь в момент короткого замыкания.

Закон Ома для переменного тока

В цепи переменного напряжения кроме обычного активного сопротивления встречается реактивное сопротивление (ёмкости, индуктивности).

Для таких цепей U = I · Z , где Z – полное сопротивление, включающее в себя активную и реактивную составляющие.

Но большим реактивным сопротивлением обладают мощные электрические машины и силовые установки. В бытовых приборах, окружающих нас, реактивная составляющая настолько мала, что её можно не учитывать, а для расчётов использовать простую форму записи закона Ома:

I = U / R

Мощность и закон Ома

Ом не только установил зависимость между напряжением, током и сопротивлением электрической цепи, но и вывел уравнение для определения мощности:

P = U · I = I 2 · R

Как видим, чем больше ток или напряжение, тем больше мощность . Так как проводник или резистор не является полезной нагрузкой, то мощность, которая приходится на него, считается мощностью потерь. Она идёт на нагревание проводника. И чем больше сопротивление такого проводника, тем больше теряется на нём мощности. Чтобы уменьшить потери от нагревания, в цепи используют проводники с меньшим сопротивлением. Так делают, например, в мощных звуковых установках.

Вместо эпилога

Небольшая подсказка для тех, кто путается и не может запомнить формулу закона Ома.

Разделим треугольник на 3 части. Причём, каким образом мы это сделаем, совершенно неважно. Впишем в каждую из них величины, входящие в закон Ома – так, как показано на рисунке.

Закроем величину, которую нужно найти. Если оставшиеся величины находятся на одном уровне, то их нужно перемножить. Если же они располагаются на разных уровнях, то величину, расположенную выше, необходимо разделить на нижнюю.

Закон Ома широко применяется на практике при проектировании электрических сетей в производстве и в быту.

В природе существует два основных вида материалов, проводящие ток и не проводящие (диэлектрики). Отличаются эти материалы наличием условий для перемещения в них электрического тока (электронов).

Из токопроводящих материалов (медь, алюминий, графит, и многие другие), делают электрические проводники, в них электроны не связаны и могут свободно перемещаться.

В диэлектриках электроны привязаны к атомам намертво, поэтому ток в них течь не может. Из них делают изоляцию для проводов, детали электроприборов.

Для того чтобы электроны начали перемещаться в проводнике (по участку цепи пошел ток), им нужно создать условия. Для этого в начале участка цепи должен быть избыток электронов, а в конце – недостаток. Для создания таких условий используют источники напряжения – аккумуляторы, батарейки, электростанции.

В 1827 году Георг Симон Ом открыл закон силы электрического тока. Его именем назвали Закон и единицу измерения величины сопротивления. Смысл закона в следующем.

Чем толще труба и больше давление воды в водопроводе (с увеличением диаметра трубы уменьшается сопротивление воде) – тем больше потечет воды. Если представить, что вода это электроны (электрический ток), то, чем толще провод и больше напряжение (с увеличением сечения провода уменьшается сопротивление току) – тем больший ток будет протекать по участку цепи.

Сила тока, протекающая по электрической цепи, прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна величине сопротивления цепи.

Где I – сила тока, измеряется в амперах и обозначается буквой А ; U В ; R – сопротивление, измеряется в омах и обозначается Oм .

Если известны напряжение питания U и сопротивление электроприбора R , то с помощью выше приведенной формулы, воспользовавшись онлайн калькулятором, легко определить силу протекающего по цепи тока I .

С помощью закона Ома рассчитываются электрические параметры электропроводки, нагревательных элементов, всех радиоэлементов современной электронной аппаратуры, будь то компьютер, телевизор или сотовый телефон.

Применение закона Ома на практике

На практике часто приходится определять не силу тока I , а величину сопротивления R . Преобразовав формулу Закона Ома, можно рассчитать величину сопротивления R , зная протекающий ток I и величину напряжения U .

Величину сопротивления может понадобится рассчитать, например, при изготовлении блока нагрузок для проверки блока питания компьютера. На корпусе блока питания компьютера обычно есть табличка, в которой приведен максимальный ток нагрузки по каждому напряжению. Достаточно в поля калькулятора ввести данные величины напряжения и максимальный ток нагрузки и в результате вычисления получим величину сопротивления нагрузки для данного напряжения. Например, для напряжения +5 В при максимальной величине тока 20 А, сопротивление нагрузки составит 0,25 Ом.

Формула Закона Джоуля-Ленца

Величину резистора для изготовления блока нагрузки для блока питания компьютера мы рассчитали, но нужно еще определить какой резистор должен быть мощности? Тут поможет другой закон физики, который, независимо друг от друга открыли одновременно два ученых физика. В 1841 году Джеймс Джоуль, а в 1842 году Эмиль Ленц. Этот закон и назвали в их честь – Закон Джоуля-Ленца .

Потребляемая нагрузкой мощность прямо пропорциональна приложенной величине напряжения и протекающей силе тока. Другими словами, при изменении величины напряжения и тока будет пропорционально будет изменяться и потребляемая мощность.

где P – мощность, измеряется в ваттах и обозначается Вт ; U – напряжение, измеряется в вольтах и обозначается буквой В ; I – сила ток, измеряется в амперах и обозначается буквой А .

Зная напряжения питания и силу тока, потребляемую электроприбором, можно по формуле определить, какую он потребляет мощность. Достаточно ввести данные в окошки ниже приведенного онлайн калькулятора.

Закон Джоуля-Ленца позволяет также узнать силу тока, потребляемую электроприбором зная его мощность и напряжение питания. Величина потребляемого тока необходима, например, для выбора сечения провода при прокладке электропроводки или для расчета номинала .

Например, рассчитаем потребляемый ток стиральной машины. По паспорту потребляемая мощность составляет 2200 Вт, напряжение в бытовой электросети составляет 220 В. Подставляем данные в окошки калькулятора, получаем, что стиральная машина потребляет ток величиной 10 А.

Еще один пример, Вы решили в автомобиле установить дополнительную фару или усилитель звука. Зная потребляемую мощность устанавливаемого электроприбора легко рассчитать потребляемый ток и правильно подобрать сечение провода для подключения к электропроводке автомобиля. Допустим, дополнительная фара потребляет мощность 100 Вт (мощность установленной в фару лампочки), бортовое напряжение сети автомобиля 12 В. Подставляем значения мощности и напряжения в окошки калькулятора, получаем, что величина потребляемого тока составит 8,33 А.

Разобравшись всего в двух простейших формулах, Вы легко сможете рассчитать текущие по проводам токи, потребляемую мощность любых электроприборов – практически начнете разбираться в основах электротехники.

Преобразованные формулы Закона Ома и Джоуля-Ленца

Встретил в Интернете картинку в виде круглой таблички, в которой удачно размещены формулы Закона Ома и Джоуля-Ленца и варианты математического преобразования формул. Табличка представляет собой несвязанные между собой четыре сектора и очень удобна для практического применения

По таблице легко выбрать формулу для расчета требуемого параметра электрической цепи по двум другим известным. Например, нужно определить ток потребления изделием по известной мощности и напряжению питающей сети. По таблице в секторе тока видим, что для расчета подойдет формула I=P/U.

А если понадобится определить напряжение питающей сети U по величине потребляемой мощности P и величине тока I, то можно воспользоваться формулой левого нижнего сектора, подойдет формула U=P/I.

Подставляемые в формулы величины должны быть выражены в амперах, вольтах, ваттах или Омах.

Закон Ома является одним из основных законов электротехники. Он довольно прост и применяется при расчете практически любых электрических цепей. Но данный закон имеет некоторые особенности работы в цепях переменного и постоянного тока при наличии в цепи реактивных элементов. Эти особенности нужно помнить всегда.

Классическая схема закона Ома выглядит так:

А звучит и того проще – ток, протекающей на участке цепи, будет равен отношению напряжения цепи к ее сопротивлению, что выражается формулой:

Но ведь мы знаем, что помимо активного сопротивления R, существует и реактивные сопротивления индуктивности Х L и емкости X C . А ведь согласитесь, что электрические схемы с чисто активным сопротивлением встречаются крайне редко. Давайте рассмотрим схему, в которой последовательно включена катушка индуктивности L, конденсатор С и резистор R:

Помимо чисто активного сопротивления R, индуктивность L и емкость С имеют и реактивные сопротивления Х L и X C , которые выражены формулами:

Где ω это циклическая частота сети, равная ω = 2πf. f – частота сети в Гц.

Для постоянного тока частота равна нулю (f = 0), соответственно реактивное сопротивление индуктивности станет равным нулю (формула (1)), а емкости – бесконечности (2), что приведет к разрыву электрической цепи. Отсюда можно сделать вывод, что реактивное сопротивление элементов в цепях постоянного напряжения отсутствует.

Если рассматривать классическую электрическую цепь и на переменном токе, то она практически ничем не будет отличаться от постоянного тока, только источником напряжения (вместо постоянного — переменное):

Соответственно и формула для такого контура останется прежней:

Но если мы усложним схему и добавим к ней реактивных элементов:

Ситуация изменится кардинально. Теперь f у нас не равна нулю, что сигнализирует о том, что помимо активного, в цепь вводится и реактивное сопротивление, которое также может влиять на величину тока, протекаемого в контуре и . Теперь полное сопротивление контура (обозначается как Z) и оно не равно активному Z ≠ R. Формула примет следующий вид:

Соответственно немного изменится и формула для закона Ома:

Почему это важно?

Знание этих нюансов позволит избежать серьезных проблем, которые могут возникнуть при неправильном подходе к решению некоторых электротехнических задач. Например, в контур переменного напряжения подключена катушка индуктивности со следующими параметрами: f ном = 50 Гц, U ном = 220 В, R = 0,01 Ома, L = 0,03 Гн. Ток, протекающий через данную катушку будет равен.

Закон

Ома, мощность и энергия

Закон Ома, закон Джоуля и понимание мощности и энергии являются одними из самых фундаментальных и важных основ для понимания электричества и электроники.

Энергия – это способность объекта выполнять работу. Даже деревянный брусок на вашем столе обладает энергией. Он обладает кинетической энергией, поскольку он может работать при падении, и обладает химической энергией, поскольку он может выполнять работу по нагреванию, если вы его поджигаете. Энергия выражается в Джоулях.Когда вы позволяете энергии выполнять работу, такую ​​как высвобождение химической энергии, хранящейся в батарее, в резистор, эта работа выражается как мощность.

Мощность – это скорость выполнения работы. Один ватт, затрачиваемый за одну секунду, равен одному джоуля. Так, например, автомобилю требуется больше мощности для движения со скоростью 100 км / ч по сравнению с 50 км / ч. Если вы потратили электроэнергию в течение определенного периода времени или приобрели электричество с предоплатой для использования или у вас есть заряженная батарея определенного размера, у вас есть ватт-часы. Скажем, вы поместили 1000 Вт / ч в свой предоплаченный счетчик электроэнергии, вы можете использовать его, запустив нагреватель мощностью 1 кВт в течение 1 часа или лампу мощностью 100 Вт в течение 10 часов.Используется одинаковое количество энергии, но с разной скоростью, потому что тысяча (1000) ватт равна одному (1) кВт.

С другой стороны, Джоуль – это единица энергии, используемая Международным стандартом единиц (СИ). Он определяется как количество работы, совершаемой над телом силой в один Ньютон, которая перемещает тело на расстояние в один метр.

Закон Ома

с разрешения www.eade.uk.com

Этот мультфильм прекрасно резюмирует закон Ома. Здесь у нас есть Mr.Вольт пытается протолкнуть мистера Ампа через проводника, но мистер Ом изо всех сил старается ограничить мистера Ампа. Проявив немного воображения, вы можете увидеть, что чем сильнее (больше давления) мистер Вольт оказывает, тем больше проходит мистер Амп. С другой стороны, чем больше мистер Ом тянет за веревку (сопротивляется), тем меньше проходит мистер Амп. Эти трое живут в идеальном равновесии и пропорции друг другу. Правило, которое удерживает их в равновесии, – это закон Ома.

Говоря более формально, мы можем использовать треугольник выше.Выучите это наизусть, так как это простой способ запомнить все формулы. Просто укажите пальцем на единицу, которую вы хотите найти, и оставшиеся две – это то, с чем вы будете рассчитывать. Например, если вы хотите найти V, закройте V пальцем, и у вас останется I * R. Это означает, что V = I * R. Точно так же, если вы хотите найти I, прикройте I пальцем, и у вас останется V / R. Это означает, что I = V / R.

Обратите внимание, что мы используем I для Amp, а не A, потому что A повсеместно используется для обозначения площади.

Например, если у меня батарея 9 В и я подключаю к ней резистор 1 кОм, сколько тока будет проходить через нее?

Допустим, у меня батарея на 9 В, и я хочу зажечь светодиод. Вы не можете просто подключить батарею к светодиоду, так как она потребляет столько тока, сколько может обеспечить батарея, и перегорает. Нам нужно ограничить ток светодиода до безопасного значения с помощью резистора. Во-первых, мне нужно знать, какое напряжение нужно светодиоду, а во-вторых, какой ток я допущу для светодиода – обычно 20 мА.Напряжение, которое подает светодиод, довольно постоянное и зависит от цвета. Красный светодиод обычно составляет 2,3 В.

Итак, теперь у нас есть 9 В на одном конце и 2,3 В на другом конце R1, что означает, что нам нужно избавиться от 9–2,3 = 6,7 В. Это напряжение, которое мы увидим, если измерим на двух концах резистора R1, а ток через него составит 20 мА. Учитывая, что R = V / I = 6,7 / 20 * 10 -3 = 335 Ом. Это означает, что подойдет резистор 330 Ом.

Допустим, мы не знали ничего из вышеперечисленного, и мы просто взяли резистор 1 кОм и подключили его последовательно со светодиодом, затем мы взяли наш надежный мультиметр и измерили напряжение на светодиоде и обнаружили, что оно равно 2.7В. Это означает, что напряжение на резисторе должно быть 9-2,7 = 6,3 В. Итак, какой ток течет через светодиод? Снова используя формулу I = V / R, находим 6,3 / 1000 = 6,3 мА.

Теперь предположим, что у вас был очень длинный удлинитель, и вы включили обогреватель или большой прожектор, и вы знали, что ток в проводе составляет 15 А, а сопротивление провода – 1 Ом. Какое напряжение вы потеряете по проводу? Используя формулу V = I * R, мы обнаруживаем, что вы теряете 15 * 1 = 15 В, что довольно много.

Закон мощности и Джоуля

Мощность – это термин, используемый для описания скорости выполнения работы или работы с течением времени. Это означает, что лампочка мощностью 100 Вт работает намного горячее, чем лампочка мощностью 1 Вт, и мы можем ощущать работу, выполняемую по выделяемому теплу. Мощность напрямую связана с силой Ома по закону Джоуля, который гласит, что тепло, выделяемое в сопротивлении, пропорционально квадрату тока, протекающего через него в течение заданного времени.

Мы можем выразить это как P = V * I, и поскольку V = I * R, мы получаем P = I * I * R или P = I 2 R.

Аналогично P = V 2 / R. Как и закон Ома, это можно представить в виде треугольника:

Все эти термины являются именами людей, поэтому мы всегда используем заглавные буквы. Эти единицы могут быть очень большими и выражаться в кВ или МОм или очень маленькими, например мВ или мкА. Обратите внимание, что единицей измерения является мА, а не МА.

Энергия

Энергия определяется как «» свойство, которое должно быть передано объекту для выполнения работы или обогрева объекта.Энергия – это сохраняемая величина; закон сохранения энергии гласит, что энергия может быть преобразована в форму, но не создана или уничтожена. Единицей измерения энергии в системе СИ является джоуль, то есть энергия, передаваемая объекту в результате перемещения его на расстояние в один метр против силы в один ньютон ». А 1 Вт – это 1 Джоуль, потраченный за 1 секунду.

Другими словами, мощность – это скорость, с которой мы превращаем электрическую энергию в какой-то другой вид энергии, обычно тепло, но также может быть движение, как в двигателе.Когда вы разговариваете по мобильному телефону, вы преобразуете химическую энергию аккумулятора в электромагнитную энергию для передачи голоса. Но изрядная часть энергии всегда преобразуется в тепло из-за дефектов в усилителе передатчика и других схемах.

Возвращаясь к нашему предыдущему примеру удлинителя, предположим, что мы не смогли измерить ток в удлинительном проводе, но мы знали, что мощность нагревателя составляет 2 кВт, а это нагреватель 230 В. Теперь мы знаем, что P = V * I, поэтому я должен быть P / V, и поэтому 2000/230 = 8.7А. Если бы мы могли измерить напряжение в конце, скажем, 200 В. Тогда мы узнаем, что сопротивление кабеля будет V / I = (230–200) / 8,7 = 3,4 Ом.

Energy также сообщает нам о скорости выполнения работы. Если я куплю аккумулятор, который говорит о 200 мА / ч, он говорит мне, что я могу потреблять от него 200 мА в течение 1 часа или 20 мА в течение 19 часов. В моем доме у меня есть предоплата за электроэнергию, которую я покупаю в киловатт-часах. Если бы моя плита потребляла 4 кВт, а я купил 40 кВт-ч, я мог бы печь печенье в течение 10 часов.

Хотя эти законы и расчеты могут показаться скучными, помните, что они жизненно важны для понимания и использования их в мире электроники.Спасибо за чтение и не стесняйтесь оставлять комментарии ниже, если у вас есть какие-либо вопросы!


ПЛОЩАДЬ

ОМ

Закон Ома Закон Ома

Самый важный закон, применимый к изучению электричества, – это закон Ома. закон. Этот закон, определяющий соотношение между напряжением, током, и сопротивление в электрической цепи, было впервые заявлено немецким физик Джордж Саймон Ом (1787 – 1854). Этот закон распространяется на все прямые токовые цепи.В модифицированном виде может применяться к чередующимся схемы, которые будут изучены позже в этом тексте. Эксперименты Ома показали, что ток в электрической цепи прямо пропорционален величине напряжения, приложенного к цепи. Другими словами, этот закон говорит, что с увеличением напряжения увеличивается ток; и когда напряжение уменьшается, ток уменьшается. Следует добавить, что это соотношение верно только в том случае, если сопротивление в цепи остается постоянный.Легко видеть, что при изменении сопротивления ток тоже меняется.

Закон Ома можно выразить уравнением:
Где I – ток в амперах, E – потенциал разность измеряется в вольтах, а R – сопротивление, измеренное в Ом (обозначается греческой буквой омега, символом которой является). Если известны какие-либо две из этих величин схемы, можно найти третью. простым алгебраическим транспонированием.Схема, показанная на рисунке 8-47, содержит источник напряжения 24 вольта и сопротивлением 3 Ом.
Если в цепь вставлен амперметр, как показано на рис. 8-47, сила тока, протекающего в цепи, может быть считана непосредственно. Предполагая что нет амперметра, можно определить силу протекающего тока используя закон Ома следующим образом:

Некоторые особенности рисунка 8-47, типичные для всех электрических цепей. нарисованные в схематическом виде следует пересмотреть.Электрическое давление или разность потенциалов, приложенная к цепи, представлена ​​схематично образуют символ батареи. Знак минус находится рядом с одним сторона для обозначения отрицательной клеммы источника или батареи. Противоположный сторона отмечена положительным знаком +. Иногда стрелки используются для обозначения направление тока от отрицательного вывода через проводящий провода и другие схемные устройства к плюсовой клемме источника.

Рисунок 8-48 показывает, что значения напряжения и тока известны. Чтобы найти величину сопротивления в цепи, закон Ома можно транспонировать, чтобы найти R.

Преобразование основной формулы I = E / R в R = E / I и замена известные значения цепи в уравнении, R = 24 В / 8 А = 3 Ом, или 3.

Закон Ома также можно транспонировать для определения напряжения, приложенного к схема, когда известны ток и сопротивление, как показано на рисунке 8-49.

В этой цепи представлена ​​неизвестная величина цепи, напряжение. символом E. Величина сопротивления 3 Ом, ток протекает составляет 8 ампер. (Слово амперы часто сокращается до «ампер».)

Перенося закон Ома из его основной формулы, уравнение для решения для E становится E = I x R.

Подставляя известные значения в уравнение,

E = 8 x 3
E = 24 В или 24 В

Взаимосвязь между различными величинами цепи может быть дополнительно продемонстрировано, если сопротивление в цепи поддерживается постоянным.В таком В этом случае ток будет увеличиваться или уменьшаться прямо пропорционально увеличение или уменьшение приложенного к цепи напряжения. Например, если напряжение, приложенное к цепи, составляет 120 вольт, а сопротивление Схема 20 Ом, ток будет 120/20, или 6 ампер. Если это сопротивление остается постоянным на уровне 20 Ом, график зависимости напряжения от тока, как показано на рисунке 8-50, можно построить график.

Соотношение между напряжением и током в этом примере показывает напряжение, нанесенное горизонтально по оси X в значениях от 0 до 120 вольт, а соответствующие значения тока нанесены вертикально. в значениях от 0 до 6.0 ампер по оси Y. Нарисованная прямая линия через все точки, где встречаются линии напряжения и тока, представляет уравнение I = E / 20 и называется линейной зависимостью.

Константа 20 представляет сопротивление, которое предполагается не равным изменить в этом примере. Этот график представляет собой важную характеристику основного закона, что ток изменяется прямо с приложенным напряжением если сопротивление остается постоянным.

Основные уравнения, выведенные из закона Ома, суммируются вместе. с единицами измерения величин цепи, показанными на рисунке 8-51.

Различные уравнения, которые могут быть получены путем транспонирования основных Закон можно легко получить, используя треугольники на рис. 8-52.

Треугольники, содержащие E, I и R, разделены на две части: E над линией и I x R под ней. Чтобы определить неизвестное количество в цепи когда известны два других, закройте неизвестное количество большим пальцем. Расположение оставшихся незакрытых букв в треугольнике укажет математическая операция, которую нужно выполнить.Например, чтобы найти I, обратитесь к к (а) рисунка 8-52, и накройте I большим пальцем. Открытые буквы указывают, что E должно быть разделено на R, или I = E / R. Чтобы найти R, обратитесь к (b) на рис. 8-52, и накройте R большим пальцем. Результат показывает, что E делится на I, или R = E / I. Чтобы найти E, обратитесь к (c) рисунка. 8-52 и накройте E большим пальцем. Результат показывает, что I нужно умножить на R или E = I x R.

Эта диаграмма полезна при изучении закона Ома.Его следует использовать пополнить знания новичка по алгебраическому методу.

Мощность

Помимо вольт, ампер и ом, часто используется еще одна единица измерения. используется в расчетах электрических схем. Это единица мощности. В единицей измерения мощности в электрических цепях постоянного тока является ватт. Власть определяется как скорость выполнения работы и равна произведению напряжение и ток в цепи постоянного тока. Когда ток в амперах (I) равен умноженный на е.m.f в вольтах (E), результат – мощность, измеренная в ваттах. (П). Это указывает на то, что электрическая мощность, подаваемая в цепь, варьируется. непосредственно с приложенным напряжением и током, протекающим в цепи. Выражено в виде уравнения это становится

P = IE

Это уравнение можно транспонировать для определения любой из трех схем количества, пока известны два других. Таким образом, если мощность читается прямо с ваттметра и измеряется напряжение с помощью вольтметра, сила тока (I), протекающего в цепи, может быть определена перенеся основное уравнение на I = P / E.Аналогично напряжение (E) можно найти, перенеся базовую формулу мощности на E = P / I.

Поскольку некоторые значения, используемые для определения мощности, подаваемой на схемы такие же, как и в законе Ома, можно заменить Значения по закону Ома для эквивалентов в формуле мощности.

По закону Ома I = E / R. Если это значение E / R заменено на I в формула мощности, она становится

Это уравнение P = E2 / R показывает, что передаваемая мощность в ваттах к цепи напрямую зависит от квадрата приложенного напряжения и обратно пропорционально сопротивлению цепи.

Ватт назван в честь Джеймса Ватта, изобретателя паровой машины. Ватт разработал эксперимент по измерению силы лошади, чтобы найти способ измерения механической мощности его паровой машины. Один требуется мощность в лошадиных силах, чтобы переместить 33 000 фунтов на 1 фут за 1 минуту. С мощность – это скорость выполнения работы, она эквивалентна работе, деленной на время. Выражаясь формулой, это

Электрическая мощность может быть рассчитана аналогичным образом.Например, электрический Двигатель мощностью 1 л.с. требует 746 Вт электроэнергии. Но ватт – это относительно небольшая единица мощности. Намного более распространенным является киловатт или 1000 ватт. (Префикс килограмм означает 1000). При измерении количества потребляемой электроэнергии используется киловатт-час. Например, если 100-ваттная лампочка потребляет электроэнергию в течение 20 часов, она использовала 2000 ватт-часов или 2 киловатт-часа электроэнергии.

Электрическая мощность, теряемая в виде тепла при протекании тока через электрическое устройство часто называют потерей мощности.Эта жара обычно рассеивается в окружающем воздухе и не служит никакой полезной цели, кроме случаев, когда он используется для отопления. Поскольку все проводники обладают некоторым сопротивлением, схемы предназначены для уменьшения этих потерь. Снова обращаясь к основному формула мощности, P = I x E, можно подставить значения закона Ома для E в формуле мощности, чтобы получить формулу мощности, которая непосредственно отражает потери мощности в сопротивлении.

P = I x E; E = I x R.

Подставляя значение закона Ома для E (I x R) в формулу мощности,

P = I x I x R.

Собирая термины, это дает,


Из этого уравнения видно, что мощность в ваттах в цепи изменяется пропорционально квадрату тока цепи в амперах и напрямую изменяется с сопротивлением цепи в Ом.

Наконец, мощность, подаваемая в цепь, может быть выражена как функция тока и сопротивления путем транспонирования уравнения мощности

Транспонирование для решения для тока дает

и извлекая квадратный корень из обеих частей уравнения,

I = квадратный корень из P / R

Таким образом, ток через нагрузку (сопротивление) 500 Вт и 100 Ом равен следует:

I = квадратный корень из P / R = 500/100 = 2.24 ампера.

Электрические уравнения, выведенные из закона Ома и основной мощности формулы не раскрывают все о поведении цепей. Они указывают числовое соотношение между вольтом, ампером, омом и ваттом. Фигура 8-53 приводится сводка всех возможных перестановок этих формулы в 12-сегментном круге.

Калькулятор закона Ома

– Калькулятор P, I, V, R с формулами и уравнениями

Ниже представлены четыре электрических калькулятора, основанных на законе Ома с электрическими формулами и уравнениями мощности, тока, напряжения и сопротивления в однофазном переменном и постоянном токе. & Трехфазная цепь.

Введите известные значения, выберите преобразование с помощью кнопок ниже и нажмите «Рассчитать». Результат отобразит желаемые значения, которые вы хотите вычислить.

Формулы электрической мощности

Формулы электрической мощности в цепях постоянного тока

Формулы электрической мощности в однофазных цепях переменного тока

  • P = VxI Cosθ
  • P = I 2 x R Cosθ
  • P = (В 2 / R) Cosθ

Формулы электрической мощности в трехфазных цепях переменного тока

  • P = √3 x V L xI L Cosθ
  • P = 3 x V P xI P Cosθ
  • P = 3 I 2 x R Cosθ
  • P = 3 (V 2 / R) x R Cosθ

Где

  • I = ток в амперах (A)
  • В = напряжение в вольтах (В)
  • P = мощность в ваттах (Вт)
  • R = сопротивление в Ом (Ом)

Связанное сообщение: Калькулятор мощности, напряжения, тока и сопротивления

Текущий калькулятор

Формулы электрического тока

Формулы электрического тока в цепи постоянного тока

Формулы электрического тока в однофазной цепи переменного тока

  • I = P / (V x Cosθ)
  • I = (V / Z)… Где Z = импеданс = сопротивление цепей переменного тока

Формулы электрического тока в трехфазной цепи переменного тока

I = P / √3xVxCosθ ​​

Где

  • I = ток в амперах (A)
  • В = напряжение в вольтах (В)
  • P = мощность в ваттах (Вт)
  • R = сопротивление в Ом (Ом)

Связанный калькулятор: Калькулятор среднеквадратичного напряжения – от среднего значения, пика и пика к пиковому значению

Калькулятор напряжения
Формулы напряжения или электрического потенциала

Формула электрического потенциала или напряжения в цепях постоянного тока

  • V = I x R
  • В = P / I
  • V = √ (P x R)

Формулы напряжения или электрического потенциала в однофазных цепях переменного тока

  • В = P / (IxCosθ)
  • В = I / Z… Где Z = импеданс = сопротивление цепей переменного тока

Где

  • I = ток в амперах (A)
  • В = напряжение в вольтах (В)
  • P = мощность в ваттах (Вт)
  • P = мощность в ваттах (Вт)
  • R = сопротивление в Ом (Ом)

Связанный калькулятор: Калькулятор ближайшего значения стандартного резистора

Калькулятор сопротивления
Формулы электрического сопротивления
  • R = V / I
  • R = P / I 2
  • R = V 2 / P

Где

  • I = ток в амперах (A)
  • В = напряжение в вольтах (В)
  • P = мощность в ваттах (Вт)
  • R = сопротивление в Ом (Ом)


Сопутствующие электротехнические калькуляторы

Калькулятор закона

Ома – рассчитайте мощность, сопротивление, напряжение или ток.Колесо формул закона Ома.

Используйте этот калькулятор закона Ома, чтобы легко вычислить мощность, сопротивление, напряжение или электрический ток на основе двух известных параметров. Введите любые два параметра для расчета двух других . Поддерживает усилители, милиамперы, ватты, киловатты, мегаватты, вольты, милливольты и киловольты, омы, килоомы и мегаомы. Формулы, уравнения и колесо закона Ома для справки.

Быстрая навигация:

  1. Использование калькулятора закона Ома
  2. Закон и формула Ома
  3. Колесо закона Ома

Использование калькулятора закона Ома

Используя вышеуказанный многоцелевой калькулятор закона Ом , вы можете:

  • Рассчитайте мощность и сопротивление с учетом напряжения и тока
  • Вычислить мощность и ток с учетом напряжения и сопротивления
  • Вычислить мощность и напряжение с учетом силы тока и сопротивления
  • Вычислить ток и сопротивление с учетом напряжения и мощности
  • Вычислить ток и напряжение с учетом мощности и сопротивления
  • Вычислить напряжение и сопротивление с учетом мощности и тока

Просто введите две известные величины, описывающие электрический ток, и две другие будут рассчитываться на их основе.Результат будет отображаться в выбранных метриках с поддерживаемыми метриками: амперы, миллиамперы, милливатты, ватты, киловатты, мегаватты, гигаватты, милливольты, вольты, киловольты, мегавольты, омы, килоомы и мегаомы. (А, мА, мВт, Вт, кВт, МВт, ГВт, мВ, В, кВ, МВ, Ом, кОм и МОм).

С помощью этого инструмента вы можете легко вычислить омы в ватты, омы в вольты, омы в амперы, вольты в омы, ватты в омы, амперы в омы и так далее.

Закон и формула Омха Закон

Ома гласит, что ток между любыми двумя точками электрического проводника прямо пропорционален напряжению в этих двух точках.Взаимосвязь математически описывается уравнениями:

, где I – ток в амперах, В, – напряжение в вольтах, а R – сопротивление в Ом (Ом). Эти три являются эквивалентными преобразованиями формулы закона Ома и используются при анализе цепей и планировании электрических сетей.

Закон

Ома применим для электрических цепей, содержащих только резистивные элементы (конденсаторы и катушки индуктивности не допускаются), и он работает одинаково для постоянного (DC) или изменяющегося во времени (AC) управляющего напряжения или тока.

Для расчета электрической мощности , которая представляет собой скорость, с которой электрическая энергия передается через проводник в единицу времени, нам нужно знать, что P = V x I (из закона Джоуля), где P – мощность в ваттах. , V и I согласно приведенным выше определениям. Это основное уравнение можно преобразовать в различные формулы в зависимости от известных электрических измерений и того, как работает наш калькулятор Ом.

Колесо закона Ома

Когда вы объединяете формулы, вы получаете колесо формул закона Ома, показанное ниже, которое отражает принцип работы нашего калькулятора.Колесо закона Ома представляет все возможные отношения между мощностью (P), сопротивлением (R), током (I) и напряжением (V).

Чтобы использовать колесо, выберите нужную величину из внутреннего круга колеса, а затем соответствующую формулу в этом квадранте на основе того, что вы знаете об электрическом токе, с которым вы работаете. Несмотря на то, что использование калькулятора более удобно, схематическое изображение, указанное выше, упрощает понимание основных формул и уравнений, а также их взаимосвязей.

Список литературы

[1] Роберт А.М., епископ Э.С. (1917) «Элементы электричества» Американское техническое общество с.54

Закон Ома и уравнение мощности

Результаты листинга Закон Ома и уравнение мощности самая низкая цена

Закон Ома, формула, решенные примеры

5 часов назад Закон Ома Магический треугольник. Вы можете использовать магический треугольник закона Ома , чтобы запомнить различные уравнения для закона Ома , которые использовались для решения различных переменных (V, I, R).Если запрашивается значение напряжения и указаны значения тока и сопротивления, то для расчета напряжения просто накройте V сверху.

Количество взаимодействий с пользователем: 5,6K

Расчетное время чтения: 8 минут