Закон Ома для полной (замкнутой) цепи
Закон Ома для полной цепи определяет значение тока в реальной цепи, который зависит не только от сопротивления нагрузки, но и от сопротивления самого источника тока. Другое название этого закона – закон Ома для замкнутой цепи. Рассмотрим смысл закона Ома для полной цепи более подробно.
Потребители электрического тока (например, электрические лампы) вместе с источником тока образуют замкнутую электрическую цепь. На рисунке 1 показана замкнутая электрическая цепь, состоящая из автомобильного аккумулятора и лампочки.
Рисунок 1. Замкнутая цепь, поясняющея закон Ома для полной цепи.
Ток, проходящий через лампочку, проходит также и через источник тока. Следовательно, проходя по цепи, ток кроме сопротивления проводника встретит еще и то сопротивление, которое ему будет оказывать сам источник тока (сопротивление электролита между пластинами и сопротивление пограничных слоев электролита и пластин).
Сопротивление нагрузки, присоединенной к источнику тока, принято называть внешним сопротивлением, а сопротивление самого источника тока — внутренним сопротивлением. Внутреннее сопротивление обозначается буквой r.
Если по цепи, изображенной на рисунке 1, протекает ток I, то для поддержания этого тока во внешней цепи согласно закону Ома между ее концами должна существовать разность потенциалов, равная I*R. Но этот же ток I протекает и по внутренней цепи. Следовательно, для поддержания тока во внутренней цепи, также необходимо существование разности потенциалов между концами сопротивления r. Эта разность потенциалов па закону Ома должна быть равна I*r.
Поэтому для поддержания тока в цепи электродвижущая сила (ЭДС) аккумулятора должна иметь величину:
E=I*r+I*R
Эта формула показывает, что электродвижущая сила в цепи равна сумме внешнего и внутреннего падений напряжения.
E=I(r+R)
или
I=E/(r+R)
Две последние формулы выражают закона Ома для полной цепи.
Закон Ома для полной замкнутой цепи формулируется так: сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна ЭДС в цепи и обратно пропорциональна общему сопротивлению цепи.
Под общим сопротивлением подразумевается сумма внешнего и внутреннего сопротивлений.
ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!
Похожие материалы:
Добавить комментарий
| | Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva. ru: главная страница / / Техническая информация / / Физический справочник / / Физика для самых маленьких. Шпаргалки. Школа. / / Постоянный электрический ток. Закон Ома для участка цепи. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца. Закон Ома для полной цепи. Закон электролиза Фарадея. Электрические цепи – последовательное и параллельное соединение. Правила Кирхгофа.Поделиться:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста. Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Коды баннеров проекта DPVA.ru Начинка: KJR Publisiers Консультации и техническая | Проект является некоммерческим. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владельцы сайта www.dpva.ru не несут никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого интернет-ресурса. Free xml sitemap generator | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Введите свой запрос:
Закон Ома для участка цепи. Определение, формула расчета, калькулятор
В 1827 году Георг Ом опубликовал свои исследования, которые составляют основу формулы, используемую и по сей день.
Ом выполнил большую серию экспериментов, которые показали связь между приложенным напряжением и током, протекающим через проводник.
Этот закон является эмпирическим, то есть основанный на опыте. Обозначение «Ом» принято в качестве официальной единицы СИ для электрического сопротивления.
Закон Ома для участка цепи
где
- I — тока в амперах (А)
- V — напряжение в вольтах (В)
- R — сопротивления в омах (Ом)
Для наглядности: резистор имеющий сопротивление 1 Ом, через который протекает ток силой в 1 А на своих выводах имеет разность потенциалов (напряжение) в 1 В.
Немецкий физик Кирхгоф (известен своими правилами Кирхгофа) сделал обобщение, которое больше используется в физике:
Портативный USB осциллограф, 2 канала, 40 МГц.
…
где
- σ – проводимость материала
- J — плотность тока
- Е — электрическое поле.
Закон Ома и резистор
Резисторы являются пассивными элементами, которые оказывают сопротивление потоку электрического тока в цепи. Резистор, который функционирует в соответствии с законом Ома, называется омическим сопротивлением. Когда ток проходит через такой резистор, то падение напряжения на его выводах пропорционально величине сопротивления.
Формула Ома остается справедливой и для цепей с переменным напряжением и током. Для конденсаторов и катушек индуктивности закон Ома не подходит, так как их ВАХ (вольт-амперная характеристика) по сути, не является линейной.
Формула Ома действует так же для схем с несколькими резисторами, которые могут быть соединены последовательно, параллельно или иметь смешанное соединение. Группы резисторов, соединенные последовательно или параллельно могут быть упрощены в виде эквивалентного сопротивления.
В статьях о параллельном и последовательно соединении более подробно описано как это сделать.
Немецкий физик Георг Симон Ом опубликовал в 1827 свою полную теорию электричества под названием «теория гальванической цепи». Он нашел, что падение напряжения на участке цепи является результатом работы тока, протекающего через сопротивление этого участка цепи. Это легло в основу закона, который мы используем сегодня. Закон является одним из основных уравнений для резисторов.
Закон Ома — формула
Формула закона Ома может быть использована, когда известно две из трех переменных. Соотношение между сопротивлением, током и напряжением может быть записано по-разному. Для усвоения и запоминания может быть полезен «треугольник Ома».
или
или
Ниже приведены два примера использования такого треугольного калькулятора.
Имеем резистор сопротивлением в 1 Ом в цепи с падением напряжения от 100В до 10В на своих выводах. Какой ток протекает через этот резистор? Треугольник напоминает нам, что: | |
| Имеем резистор сопротивлением в 10 Ом через который протекает ток в 2 Ампера при напряжении 120В. Какое будет падение напряжения на этом резисторе? Использование треугольника показывает нам, что:Таким образом, напряжение на выводе будет 120-20 = 100 В. |
Закон Ома — мощность
Когда через резистор протекает электрический ток, он рассеивает определенную часть мощности в виде тепла.
Мощность является функцией протекающего тока I (А) и приложенного напряжения V (В):
где
- Р — мощность в ваттах (В)
В сочетании с законом Ома для участка цепи, формулу можно преобразовать в следующий вид:
или
Идеальный резистор рассеивает всю энергию и не сохраняет электрическую или магнитную энергию.
Каждый резистор имеет предел мощности, которая может быть рассеяна, не оказывая повреждение резистору. Это мощность называется номинальной.
Окружающие условия могут снизить или повысить это значение. Например, если окружающий воздух горячий, то способность рассеять излишнее тепло у резистора снижается, и на оборот, при низкой температуре окружающего воздух рассеиваемая способность резистора возрастает.
На практике, резисторы редко имеют обозначение номинальной мощности. Тем не менее, большинство из резисторов рассчитаны на 1/4 или 1/8 Вт.
Ниже приведена круговая диаграмма, которая поможет вам быстро определить связь между мощностью, силой тока, напряжением и сопротивлением. Для каждого из четырех параметров показано, как вычислить свое значение.
Закон Ома — калькулятор
Данный онлайн калькулятор закона Ома позволяет определить взаимосвязь между силой тока, электрическим напряжением, сопротивлением проводника и мощностью. Для расчета введите любые два параметра и нажмите кнопку расчет:
Для закрепления понимания работы закона Ома, приведем несколько задач для самостоятельного решения.
Закон Ома для участка цепи | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко
Закон Ома для однородного участка электрической цепи кажется довольно простым: сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению:
I = U / R,
где I —сила тока в участке цепи; U — напряжение на этом участке; R — сопротивление участка.
После известных опытов Эрстеда, Ампера, Фарадея возник вопрос: как зависит ток от рода и характеристик источника тока, от природы и характеристик проводника, в котором существует ток. Попытки установить такую зависимость удались лишь в 1826—1827 гг. немецкому физику, учителю математики и физики Георгу Симону Ому (1787—1854). Он разработал установку, в которой в значительной степени можно было устранить внешние влияния на источник тока, исследуемые проводники и т.
п. Следует также иметь в виду: для многих веществ, которые проводят электрический ток, закон Ома вообще не выполняется (полупроводники, электролиты). Металлические же проводники при нагревании увеличивают свое сопротивление.
Ом (Ohm) Георг Симон (1787—1854) — немецкий физик, учитель математики и физики, член-корреспондент Берлинской АН (1839). С 1833 г. профессор и с 1839 г. ректор Нюрнбергской высшей политехнической школы, в 1849—1852 гг.— профессор Мюнхенского университета. Открыл законы, названные его именем, для однородного участка цепи и для полной цепи, ввел понятие электродвижущей силы, падения напряжения, электрической проводимости. В 1830 г. произвел первые измерения электродвижущей силы источника тока.
В формулу закона Ома для однородного участка цепи входит напряжение U, которое измеряется работой, выполняемой при перенесении заряда в одну единицу в данном участке цепи:
U = A / q,
где A — работа в джоулях (Дж), заряд q — в кулонах (Кл), а напряжение U — в вольтах (В).
Из формулы для закона Ома можно легко определить значение сопротивления для участка цепи:
R = U / I.
Если напряжение определено в вольтах, а сила тока — в амперах, то значение сопротивления получается в омах (Ом):
Ом = В/А.
На практике часто используются меньшие или большие единицы для измерения сопротивления: миллиом (1мОм = 10 Ом), килоом (1кОм = 103 Ом), мегаом (1МОм = 106 Ом) и т. п. Материал с сайта http://worldofschool.ru
Закон Ома для однородного участка цепи можно выразить через плотность тока и напряженность электрического поля в нем. В самом деле, с одной стороны, I = jS, а с другой — I = (φ1 — φ2) / R = –Δφ / R. Если имеем однородный проводник, то и напряженность электрического поля в нем будет одинаковой и равной E = –Δφ / l.
Вместо R подставляем его значение ρ • l / S и получаем:
j = –Δφ / ρl = (-1 / ρ) • (Δφ / l) = (1 / ρ) • E = σE.
Учитывая, что плотность тока j̅ и напряженность поля E̅ — величины векторные, имеем закон Ома в наиболее общем виде:
j̅ = σ͞E.
Это — одно из важнейших уравнений электродинамики, оно справедливо в любой точке электрического поля.
На этой странице материал по темам:Закон ома кратко шпаргалка
Шпаргалка “закон ома для однородного участка линейной цепи”
Название формулы,плотность,вес тела,закон ома для участка электрической цепи
Закон ома для динамиков
Закон ома для участка цепи доклад
Какие электрические величины и как объединяет между собой закон Ома для однородного участка цепи?
Что такое электрическое напряжение?
Как определяется сопротивление проводников?
Как формулируется закон Ома для каждой точки проводника с током, который объединяет такие электрические величины: плотность тока, удельные сопротивление или электропроводимость вещества проводника и напряженность электрического поля в данной точке проводника?
Частные случаи закона ома.
Основные электрические законыОдин из самых применяемых законов в электротехнике. Данный закон раскрывает связь между тремя важнейшими величинами: силой тока, напряжением и сопротивлением. Выявил эту связь Георгом Омом в 1820-е годы именно поэтому этот закон и получил такое название.
Формулировка закона Ома следующая:
Величина силы тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна его сопротивлению.
Эту зависимость можно выразить формулой:
Где I – сила тока, U – напряжение, приложенное к участку цепи, а R – электрическое сопротивление участка цепи.
Так, если известны две из этих величин можно легко вычислить третью.
Понять закон Ома можно на простом примере. Допустим, нам необходимо вычислить сопротивление нити накаливания лампочки фонарике и нам известны величины напряжения работы лампочки и сила тока, необходимая для ее работы (сама лампочка, чтобы вы знали имеет переменное сопротивление, но для примера примем его как постоянное).
Для вычисления сопротивления необходимо величину напряжения разделить на величину силы тока. Как же запомнить формулу закона Ома, чтобы правильно провести вычисления? А сделать это очень просто! Вам нужно всего лишь сделать себе напоминалку как на указанном ниже рисунке.
Теперь закрыв рукой любую из величин вы сразу поймете, как ее найти. Если закрыть букву I, становится ясно, что чтобы найти силу тока нужно напряжение разделить на сопротивление.
Теперь давайте разберемся, что значат в формулировке закона слова « прямо пропорциональна и обратно пропорциональна. Выражение «величина силы тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку» означает, что если на участке цепи увеличится напряжение, то и сила тока на данном участке также увеличится. Простыми словами, чем больше напряжение, тем больше ток. И выражение «обратно пропорциональна его сопротивлению» значит, что чем больше сопротивление, тем меньше будет сила тока.
Рассмотрим пример с работой лампочки в фонарике. Допустим, что для работы фонарика нужны три батарейки, как показано на схеме ниже, где GB1 – GB3 – батарейки, S1 – выключатель, HL1 – лампочка.
Примем, что сопротивление лампочки условно постоянно, хотя нагреваясь её сопротивление увеличивается. Яркость лампочки будет зависеть от силы тока, чем она больше, тем ярче горит лампочка. А теперь, представьте, что вместо одной батарейки мы вставили перемычку, уменьшив тем самым напряжение.
Что случится с лампочкой?
Она будет светить более тускло (сила тока уменьшилась), что подтверждает закон Ома:
чем меньше напряжение, тем меньше сила тока.
Вот так просто работает этот физический закон, с которым мы сталкиваемся в повседневной жизни.
Бонус специально для вас шуточная картинка не менее красочно объясняющая закон Ома.
Это была обзорная статья. Более подробно об этом законе, мы говорим в следующей статье ” “, рассматривая всё на других более сложных примерах.
Если не получается с физикой, английский для детей (http://www.anylang.ru/order-category/?slug=live_language) как вариент альтернативного развития.
Такими как электрический ток, напряжение, сопротивление и мощность. Настал черед основных электрических законов, так сказать, базиса, без знания и понимания которых невозможно изучение и понимание электронных схем и устройств.
Закон Ома
Электрический ток, напряжение, сопротивление и мощность, безусловно, между собой связаны. А взаимосвязь между ними описывается, без сомнения, самым главным электрическим законом – законом Ома . В упрощенном виде этот закон называется: закон Ома для участка цепи. И звучит этот закон следующем образом:
«Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи».
Для практического применения формулу закона Ома можно представить в виде вот такого треугольника, который помимо основного представления формулы, поможет определить и остальные величины.
Работает треугольник следующим образом. Чтобы вычислить одну из величин, достаточно закрыть ее пальцем. Например:
В предыдущей статье мы проводили аналогию между электричеством и водой , и выявили взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Также хорошей интерпретацией закона Ома может послужить следующий рисунок, наглядно отображающий сущность закона:
На нем мы видим, что человечек «Вольт» (напряжение) проталкивает человечка «Ампера» (ток) через проводник, который стягивает человечек «Ом» (сопротивление). Вот и получается, что чем сильнее сопротивление сжимает проводник, тем тяжелее току через него проходить («сила тока обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи» – или чем больше сопротивление, тем хуже приходится току и тем он меньше). Но напряжение не спит и толкает ток изо всех сил (чем выше напряжение, тем больше ток или – «сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению»).
Когда фонарик начинает слабо светить, мы говорим – «разрядилась батарейка». Что с ней произошло, что значит разрядилась? А значит это, что напряжение батарейки снизилось и оно больше не в состоянии «помогать» току преодолевать сопротивление цепей фонарика и лампочки. Вот и получается, что чем больше напряжение – тем больше ток.
Последовательное подключение – последовательная цепь
При последовательном подключении потребителей, например обычных лампочек, сила тока в каждом потребителе одинаковая, а вот напряжение будет отличаться. На каждом из потребителей напряжение будет падать (снижаться).
А закон Ома в последовательной цепи будет иметь вид:
При последовательном соединении сопротивления потребителей складываются. Формула для расчета общего сопротивления:
Параллельное подключение – параллельная цепь
При параллельном подключении, к каждому потребителю прикладывается одинаковое напряжение, а вот ток через каждый из потребителей, в случае, если их сопротивление отличается – будет отличаться.
Закон Ома для параллельной цепи, состоящей из трех потребителей, будет иметь вид:
При параллельном соединении общее сопротивление цепи всегда будет меньше значения самого маленького отдельного сопротивления. Или еще говорят, что «сопротивление будет меньше наименьшего».
Общее сопротивление цепи, состоящей из двух потребителей, при параллельном соединении:
Общее сопротивление цепи, состоящей из трех потребителей, при параллельном соединении:
Для большего числа потребителей расчет производится исходя из того, что при параллельном соединении проводимость (величина обратная сопротивлению) рассчитывается как сумма проводимостей каждого потребителя.
Электрическая мощность
Мощность – это физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии. Рассчитывается мощность по следующей формуле:
Таким образом зная, напряжение источника и измерив потребляемый ток, мы можем определить мощность потребляемую электроприбором. И наоборот, зная мощность электроприбора и напряжение сети, можем определить величину потребляемого тока. Такие вычисления порой необходимы. Например, для защиты электроприборов используются предохранители или автоматические выключатели. Чтобы правильно подобрать средство защиты нужно знать потребляемый ток. Предохранители, применяемые в бытовой технике, как правило подлежат ремонту и для их восстановления достаточно
Зависит величина воздействия, которое ток может оказывать на проводник, будь то тепловое, химическое или магнитное действие тока . То есть, регулируя силу тока, можно управлять его воздействием. Электрический ток , в свою очередь – это упорядоченное движение частиц под действием электрического поля .
Зависимость силы тока и напряжения
Очевидно, что чем сильнее поле действует на частицы, тем больше будет сила тока в цепи. Электрическое поле характеризуется величиной, называемой напряжением . Следовательно, мы приходит к выводу, что сила тока зависит от напряжения.
И действительно, опытным путем удалось установить, что сила тока связана с напряжением прямо пропорционально. В случаях, когда изменяли величину напряжения в цепи, не меняя всех остальных параметров, сила тока возрастала или уменьшалась во столько же раз, во сколько меняли напряжение.
Связь с сопротивлением
Однако любая цепь или участок цепи характеризуются еще одной немаловажной величиной, называемой сопротивлением электрическому току . Сопротивление связано с силой тока обратно пропорционально. Если на каком-либо участке цепи изменить величину сопротивления, не меняя напряжения на концах этого участка, сила тока также изменится. Причем если мы уменьшим величину сопротивления, то сила тока возрастет во столько же раз. И, наоборот, при увеличении сопротивления сила тока пропорционально уменьшается.
Формула закона Ома для участка цепи
Сопоставив две эти зависимости, можно прийти к такому же выводу, к которому пришел немецкий ученый Георг Ом в 1827 г. Он связал воедино три вышеуказанные физические величины и вывел закон, который назвали его именем. Закон Ома для участка цепи гласит:
Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.
где I – сила тока,
U – напряжение,
R – сопротивление.
Применение закона Ома
Закон Ома – один из основополагающих законов физики . Открытие его в свое время позволило сделать огромный скачок в науке. В настоящее время невозможно себе представить любой самый элементарный расчет основных электрических величин для любой цепи без использования закона Ома. Представление об этом законе – это не удел исключительно инженеров-электронщиков, а необходимая часть базовых знаний любого мало-мальски образованного человека. Недаром есть поговорка: «Не знаешь закон Ома – сиди дома».
U=IR и R=U/I
Правда, следует понимать, что в собранной цепи величина сопротивления некоторого участка цепи есть величина постоянная, поэтому при изменении силы тока будет изменяться только напряжение и наоборот. Для изменения сопротивления участка цепи следует собрать цепь заново. Расчет же требуемой величины сопротивления при проектировании и сборке цепи можно произвести по закону Ома, исходя из предполагаемых значений силы тока и напряжения, которые будут пропущены через данный участок цепи.
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.
Георг Симон Ом начал свои исследования вдохновляясь знаменитым трудом Жана Батиста Фурье «Аналитическая теория тепла». В этой работе Фурье представлял тепловой поток между двумя точками как разницу температур, а изменение теплового потока связывал с его прохождением через препятствие неправильной формы из теплоизолирующего материала. Аналогично этому Ом обуславливал возникновение электрического тока разностью потенциалов.
Исходя из этого Ом стал экспериментировать с разными материалами проводника. Для того, чтобы определить их проводимость он подключал их последовательно и подгонял их длину таким образом, чтобы сила тока была одинаковой во всех случаях.
Важно при таких измерениях было подбирать проводники одного и того же диаметра. Ом, замеряя проводимость серебра и золота, получил результаты, которые по современным данным не отличаются точностью. Так, серебряный проводник у Ома проводил меньше электрического тока, чем золотой. Сам Ом объяснял это тем, что его проводник из серебра был покрыт маслом и из-за этого, по всей видимости, опыт не дал точных результатов.
Однако не только с этим были проблемы у физиков, которые в то время занимались подобными экспериментами с электричеством. Большие трудности с добычей чистых материалов без примесей для опытов, затруднения с калибровкой диаметра проводника искажали результаты тестов. Еще большая загвоздка состояла в том, что сила тока постоянно менялась во время испытаний, поскольку источником тока служили переменные химические элементы. В таких условиях Ом вывел логарифмическую зависимость силы тока от сопротивления провода.
Немногим позже немецкий физик Поггендорф, специализировавшийся на электрохимии, предложил Ому заменить химические элементы на термопару из висмута и меди. Ом начал свои эксперименты заново. В этот раз он пользовался термоэлектрическим устройством, работающем на эффекте Зеебека в качестве батареи. К нему он последовательно подключал 8 проводников из меди одного и того же диаметра, но различной длины. Чтобы измерить силу тока Ом подвешивал с помощью металлической нити над проводниками магнитную стрелку. Ток, шедший параллельно этой стрелке, смещал ее в сторону. Когда это происходило физик закручивал нить до тех пор, пока стрелка не возвращалась в исходное положение. Исходя из угла, на который закручивалась нить можно было судить о значении силы тока.
В результате нового эксперимента Ом пришел к формуле:
Х = a / b + lЗдесь X – интенсивность магнитного поля провода, l – длина провода, a – постоянная величина напряжения источника, b – постоянная сопротивления остальных элементов цепи.
Если обратиться к современным терминам для описания данной формулы, то мы получим, что Х – сила тока, а – ЭДС источника, b + l – общее сопротивление цепи .
Закон Ома для участка цепиЗакон Ома для отдельного участка цепи гласит: сила тока на участке цепи увеличивается при возрастании напряжения и уменьшается при возрастании сопротивления этого участка.
I = U / RИсходя из этой формулы, мы можем решить, что сопротивление проводника зависит от разности потенциалов. С точки зрения математики, это правильно, но ложно с точки зрения физики. Эта формула применима только для расчета сопротивления на отдельном участке цепи.
Таким образом формула для расчета сопротивления проводника примет вид:
R = p ⋅ l / s Закон Ома для полной цепиОтличие закона Ома для полной цепи от закона Ома для участка цепи заключается в том, что теперь мы должны учитывать два вида сопротивления. Это «R» сопротивление всех компонентов системы и «r» внутреннее сопротивление источника электродвижущей силы. Формула таким образом приобретает вид:
I = U / R + r Закон Ома для переменного токаПеременный ток отличается от постоянного тем, что он изменяется с определенными временными периодами. Конкретно он изменяет свое значение и направление. Чтобы применить закон Ома здесь нужно учитывать, что сопротивление в цепи с постоянным током может отличатся от сопротивления в цепи с током переменным. И отличается оно в том случае если в цепи применены компоненты с реактивным сопротивлением. Реактивное сопротивление может быть индуктивным (катушки, трансформаторы, дроссели) и емкостными (конденсатор).
Попробуем разобраться, в чем реальная разница между реактивным и активным сопротивлением в цепи с переменным током. Вы уже должны были понять, что значение напряжение и силы тока в такой цепи меняется со временем и имеют, грубо говоря, волновую форму.
Если мы схематически представим, как с течением времени меняются эти два значения, у нас получится синусоида. И напряжение, и сила тока от нуля поднимаются до максимального значения, затем, опускаясь, проходят через нулевое значение и достигают максимального отрицательного значения. После этого снова поднимаются через нуль до максимального значения и так далее. Когда говорится, что сила тока или напряжение имеет отрицательное значение, здесь имеется ввиду, что они движутся в обратном направлении.
Весь процесс происходит с определенной периодичностью. Та точка, где значение напряжения или силы тока из минимального значения поднимаясь к максимальному значению проходит через нуль называется фазой.
На самом деле, это только предисловие. Вернемся к реактивному и активному сопротивлению. Отличие в том, что в цепи с активным сопротивлением фаза тока совпадает с фазой напряжения. То есть, и значение силы тока, и значение напряжения достигают максимума в одном направлении одновременно. В таком случае наша формула для расчета напряжения, сопротивления или силы тока не меняется.
Если же цепь содержит реактивное сопротивление, фазы тока и напряжения сдвигаются друг от друга на ¼ периода. Это означает, что, когда сила тока достигнет максимального значения, напряжение будет равняться нулю и наоборот. Когда применяется индуктивное сопротивление, фаза напряжения «обгоняет» фазу тока. Когда применяется емкостное сопротивление, фаза тока «обгоняет» фазу напряжения.
Формула для расчета падения напряжения на индуктивном сопротивлении:
U = I ⋅ ωLГде L – индуктивность реактивного сопротивления, а ω – угловая частота (производная по времени от фазы колебания).
Формула для расчета падения напряжения на емкостном сопротивлении:
U = I / ω ⋅ С
С – емкость реактивного сопротивления.
Эти две формулы – частные случаи закона Ома для переменных цепей.
Полный же будет выглядеть следующем образом:
I = U / ZЗдесь Z – полное сопротивление переменной цепи известное как импеданс.
Закон Ома простыми словами | Статьи ЦентрЭнергоЭкспертизы
Из школьного курса физики многим из нас наверняка известен закон Ома, хотя для большинства это знание не дает гарантии его понимания. Тем не менее, он является базовым для всех людей связанных с электрикой и электроникой, поэтому попробуем найти простое объяснение одному из главных законов электротехники. Для начала попробуем разобраться с основными понятиями физики, характеризующими простейшую электрическую цепь.
- Электрический ток можно представить в виде потока свободных заряженных частиц (электронов), протекающих в проводнике. Чем большее количество электронов проходит через него за единицу времени, тем больше сила тока I, физическая величина, измеряемая в амперах (А).
- Движение свободных электронов не происходит само по себе, оно обусловлено разностью потенциалов, приложенных к обоим концам проводника и определяющих другую физическую величину – напряжение. Чем выше величина напряжения U, измеряемого в вольтах (В) тем больше поток электронов.
- В процессе движения свободные электроны сталкиваются с атомами кристаллической решетки металла проводника, вызывая его разогрев. «Потревоженные» атомы оказывают дополнительное препятствие передвижению заряженных частиц, такое свойство материалов, через которые вынужден протекать ток, называется электрическим сопротивлением R и измеряется в омах (Ом).
Итак, мы подошли непосредственно к закону, открытому эмпирическим путем немецким физиком Георгом Симоном Омом, имя которого закон и носит.
Суть и разнообразие формулировок закона
Как становится очевидным, Ом вывел взаимную зависимость напряжения, силы тока и сопротивления нагрузки для участка цепи (коим, собственно, эта нагрузка является), которая оказалась фундаментальным физическим законом. Согласно ему сила тока, протекающая через участок цепи, пропорциональна приложенному к нему напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению этого участка:
I = U/R,
в иной интерпретации он выглядит как:
U = I·R или R = U/I.
Эти простейшие физические формулы справедливы для участка цепи питаемого постоянным током, в несколько видоизмененном виде законы Ома действительны для полной (замкнутой) цепи или для любых электрических цепей, питаемых переменным током.
Для полной цепи необходимо учитывать как сопротивление нагрузки, так и включенное с ним последовательно внутреннее сопротивление источника питания r, величина напряжения при этом равна ЭДС источника ε. Закон Ома в этом случае выглядит как:
I = ε⁄(R+r)·
В случае переменного тока приходится учитывать реактивный характер нагрузок, поэтому активное сопротивление R следует заменить полным сопротивлением Z, учитывающим реактивные составляющие.
Чтобы понять суть закона, на практике часто приводят примеры из гидравлики, где:
- роль напряжения исполняет водонапорная башня;
- роль тока поток воды в отводящей трубе;
- аналог сопротивления диаметр самой трубы.
Легко представить, что чем выше резервуар с водой, тем больше потенциальная энергия ею запасенная (аналог напряжения) и тем сильнее будет напор жидкости в трубе (сила тока), определяющий расход. Кроме того на расход жидкости влияет диаметр трубы (аналог сопротивления) – чем он меньше (сопротивление выше) тем меньше расход.
Запомнить формулы закона Ома для участка цепи проще воспользовавшись треугольником Ома, разбитым на три части. В верхней, представляющей собой числитель находится U, в разбитом надвое знаменателе (нижняя часть) расположены I и R. Прикрывая искомую величину, мы получаем формулу для ее определения.
Смотрите также другие статьи :
Как сопротивление влияет на падение напряжения?
Предположим такой отрезок кабеля понадобится для питания нагрузки током в 10 А, соответственно падение напряжения на кабеле составит почти 12 В. Для сети 220 В такая разница мало критична и в худшем случае может грозить незначительная потеря мощности.
Подробнее…На что влияет направление вращения фаз
По сути, это направление, в котором должно вращаться магнитное поле, определяющее направление вращения ротора в трехфазных асинхронных электродвигателях. На практике мы видим, что направление вращения ротора в асинхронных двигателях очень просто поменять переменой всего двух фаз местами, при этом меняется чередование фаз с прямой на обратную последовательность.
Подробнее…“Закон Ома для участка цепи и полной цепи”
Дата: 27.02.18
Урок физики с элементами английского языка по теме:
“Закон Ома для участка цепи и полной цепи”
Цели урока:
Раскрыть взаимозависимость силы тока, напряжения и сопротивления на участке электрической цепи, пополнить лексический запас, отработать навыки говорения и аудирования, to enrich vocabulary, to develop skills of speaking and listening.
продолжить формирование умений пользоваться теоретическими и экспериментальными методами физической науки для обоснования выводов по изучаемой теме и для решения задач.
Привитие интереса к изучаемым предметам.
Задачи урока:
– повторить и употребить слова и выражения по теме в письменных и устных упражнениях;
– научиться применять знания, полученные по другим предметам, на уроке английского языка.
Оснащение:
классная доска, интерактивная доска, методические пособия, тетради, раздаточный материал, схемы.
Тип урока: урок повторения и обобщения материала.
Ход урока
I. Организационный момент.
1. Приветствие.
2. Сообщение целей и задач урока.
II. Фонетическая зарядка.
III. Изучение нового материала.
1. Закон Ома.
2. Решение задач.
IV. Закрепление материала в разных видах речевой деятельности.
Выполнение устного упражнения на правильность понимания.
V. Подведение итогов занятия.
VI. Домашнее задание.
Ход урока
1. Организационный момент
Приветствие
Good morning. Sit down, please. What date is it today? Who is absent? look at the video and tell me what it is?
Сообщение темы, целей и задач урока.
Today we will study the Ohm’s law. Who is this Ohm?
Георг Ом (1787-1854) – немецкий физик-экспериментатор. Он родился 16 марта 1787 года в семье слесаря. Отец придавал большое значение образованию детей. Хотя семья постоянно нуждалась, Георг учился сначала в гимназии, а потом в университете. Сначала он преподавал математику в одной из частных школ Швейцарии. Физикой Георг Ом стал интересоваться позже. Свою научную деятельность начал с ремонта приборов и изучения научной литературы. Создание первого гальванического элемента открыло перед физиками новую область исследований, и Ом сделал важнейший шаг на пути создания теории электрических цепей. В 1825 году он представил научному миру плоды своего труда в виде статьи, которую озаглавил “Предварительное сообщение о законе, по которому металлы проводят электричество”. Сейчас это сообщение мы называем законом его имени. В честь этого ученого также названа единица сопротивления.
Georg Ohm (1787-1854) – German physicist-experimenter. He was born March 16, 1787 in the family locksmith. Father attached great importance to the education of children. Although the family are constantly needed, George he studied first at the gymnasium, and then at University. First, he taught mathematics at a private school in Switzerland. Physics Georg Ohm became interested in later. His scientific work began with the repair of the equipment and scholarly literature. The creation of the first electrochemical cell before physicists discovered a new area of research, and Ohm made the most important step towards the creation of the theory of electrical circuits. In 1825 he presented to the scientific world the fruits of their labor in the form of an article, which is titled “Preliminary report on the law according to which metals conduct electricity”. Now this message we call the law of his name. In honour of this scientist, also called unit of resistance.
Well, let’s begin our lesson.
2. Фонетическая зарядка
Let’s revise the words. Repeat after me all together. Повторение слов по теме в режиме учитель – ученик
3.Изучение нового материала
Учитель: – Who knows the “Ohm’s Law”? Write its formulas on the blackboard
По одному представителю рассказывают закон Ома и записывают его формулы.
Ohm’s Law
R = V/I resistance equals voltage over current
I = V/R current equals voltage over resistance
V = IR voltage equals current times resistance
I=Ɛ/R+r current equals epsilon over big resistance multiplied small resistance
Решение задач (Учитель диктует условия задач на английском языке, ученики записывают на слух, записывают решение и результаты на доске).
Подобным образом записываются все условия задач и их решения рассказываются на английском языке.
Task: Resistance equals 80 ohm, voltage equals 160 volt. How much is the current in the circuit?
Task: Resistance equals 10.5 ohm, current equals 35 ampere. How much is the voltage in the circuit?
Task: Voltage equals 120 volt, current equals 80 ampere. How much is the resistance in the circuit?
Task: Big resistance equals 80 ohm, small resistance equals 20 ohm epsilon equals 220 volt. How much is the current in the circuit?
4. Закрепление материала в разных видах речевой деятельности
– Выполнение устного упражнения на правильность понимания.
Look at cross – word and find the words.
Words: series, source, connect, current, equal, value, resistance, law, circuit, scheme, voltage.On your tables there is a Domino. Try to collect it
5. Подведение итогов занятия.
Was it interesting at our lesson today?
write the words and put in the basket
6. Домашнее задание
Задания на английском языке.
Приложение
Добро пожаловать. | Департамент образования
Предупреждающее сообщение
В вашем поиске используется слишком много выражений И / ИЛИ. В этот поиск были включены только первые 7 терминов.К сожалению, страница, которую вы ищете, больше не существует, была перемещена или в настоящее время недоступна. Мы выполнили поиск по ключевым словам на основе страницы, которую вы пытаетесь открыть. Соответствующие варианты поиска представлены ниже.
История штата Мэн и Интернет-ресурсы
Мэн История и Интернет-ресурсы … Использование первичных источников (совместно представлено Мэн, , , DOE , , Историческое общество штата Мэн, , Государственный архив , штат Мэн, ,… Мэн Государственные служащие Talking Civics и Gov ‘t с сенатором Ангусом Кингом Talking Civics и…
Государственные служащие, гражданские лица и гражданский дискурс
… Государственные чиновники Talking Civics и Gov ‘t с сенатором Ангусом Кингом Talking Civics и… NewsHour) Презентация PBS NewsHour Mid- Maine Technical Center / Веб-страница Дэйва Бордмана … Политического класса и проф.of Education в NC State University) Презентация …
Гражданские студенты и голос студентов
… Политического класса и профессор педагогики в Государственного университета Северной Каролины) Презентация … NewsHour) Презентация PBS NewsHour Mid- Maine Technical Center / Веб-страница Дэйва Бордмана … С государственными служащими Мэн Talking Civics и Gov ‘t с сенатором Ангусом Кингом Talking Civics и…
Летняя программа общественного питания (SFSP)
… по этой ссылке и следуйте указаниям http: // www.fns.usda. gov / лето Летняя служба питания… для всех детей 18 лет и младше в одобрила SFSP сайты в районах со значительной концентрацией малообеспеченных… Перейти на веб-страницы) Образование в области питания – Университет штата Мэн, расширение сотрудничества : ресурсы EFNEP …
Пенсия учителя
… перевод взносов работодателя См. Мэн Государственная пенсионная система Законы : Заголовок 5 -… – https: // www. Мэн . gov / doe / sites / maine . gov . doe / файлы / встроенные – файлы /FY20_RFL_prelimED279_Present27Feb2019.pdf…
Ежемесячный информационный бюллетень ESEA
… Часы работы во вторник, 24 августа. Свяжитесь с Cheryl.Lang @ maine . gov или координатора региональной программы по ссылке. … Здесь: https: // www. Мэн . gov / doe / sites / maine . gov . doe / файлы / inline – файлы /Grants4ME%20Access%20v4.pdf. Для…
Ежемесячный информационный бюллетень ESEA
… 9 ноября в 9:00 Свяжитесь с Cheryl.Lang @ maine . gov или у координатора региональной программы по ссылке.)… Здесь: https: // www. Мэн . gov / doe / sites / maine . gov . doe / файлы / inline – файлы /Grants4ME%20Access%20v4.pdf. Для…
Ежемесячный информационный бюллетень ESEA
… (Свяжитесь со своим региональным координатором программы или Cheryl.Lang @ maine . gov для получения ссылки.) Общие и конкретные обновления заголовков… здесь: https: // www. Мэн . gov / doe / sites / maine . gov . doe / файлы / inline – файлы /Grants4ME%20Access%20v4.pdf. Для…
Годовая финансовая отчетность на конец года
… Требования Загрузите следующие файлы в NEO Financial до 23 августа 2019 г. … Заявки в перенесенном статусе считаются полученными Мэн DOE .
Годовая финансовая отчетность на конец года
… Требования Загрузите следующие файлы в NEO Financial до 30 августа Фактические… заявки в статусе переноса считаются полученными Мэн DOE .
19,1 Закон Ома | Texas Gateway
Постоянный и переменный ток
Так же, как вода течет с большой высоты на низкую, электроны, которые могут свободно перемещаться, будут перемещаться из места с низким потенциалом в место с высоким потенциалом.Батарея имеет две клеммы с разным потенциалом. Если клеммы соединены проводом, электрический ток (заряды) будет течь, как показано на рисунке 19.2. Затем электроны будут перемещаться от низкопотенциальной клеммы батареи (отрицательный конец ) по проводу и попадут в высокопотенциальную клемму батареи (положительный конец ).
Рисунок 19.2 У батареи есть провод, соединяющий положительную и отрицательную клеммы, который позволяет электронам перемещаться от отрицательной клеммы к положительной.
Электрический ток – это скорость движения электрического заряда. Большой ток, такой как тот, который используется для запуска двигателя грузовика, перемещает большое количество очень быстро, тогда как небольшой ток, такой как тот, который используется для работы портативного калькулятора, перемещает небольшое количество заряда медленнее. В форме уравнения электрический ток I определяется как
, где ΔQΔQ – это количество заряда, которое проходит через заданную область, а ΔtΔt – время, за которое заряд проходит мимо этой области.Единицей измерения электрического тока в системе СИ является ампер (А), названный в честь французского физика Андре-Мари Ампера (1775–1836). Один ампер – это один кулон в секунду, или
1 А = 1 Кл / с. 1 А = 1 Кл / с.Электрический ток, движущийся по проволоке, во многом похож на ток воды, движущийся по трубе. Чтобы определить поток воды через трубу, мы можем подсчитать количество молекул воды, которые проходят мимо данного участка трубы. Как показано на рисунке 19.3, электрический ток очень похож. Считаем количество электрических зарядов, протекающих по участку проводника; в данном случае провод.
Рис. 19.3 Электрический ток, движущийся по этому проводу, – это заряд, который проходит через поперечное сечение A, деленный на время, необходимое для того, чтобы этот заряд прошел мимо участка A .
Предположим, что каждая частица q на рисунке 19.3 несет заряд q = 1 нКл = 1 нКл, и в этом случае общий заряд будет равен ΔQ = 5q = 5 нКлΔQ = 5q = 5 нКл. Если эти заряды пройдут мимо области A за время Δt = 1 нсΔt = 1 нс, то ток будет
19,1I = ΔQΔt = 5 нКл1 нс = 5 А.I = ΔQΔt = 5 нКл1 нс = 5 А.Обратите внимание, что мы присвоили зарядам на рис. 19.3 положительный заряд. Обычно отрицательные заряды – электроны – являются подвижным зарядом в проводах, как показано на рисунке 19.2. Положительные заряды обычно застревают в твердых телах и не могут свободно перемещаться. Однако, поскольку положительный ток, движущийся вправо, совпадает с отрицательным током такой же величины, движущимся влево, как показано на рисунке 19.4, мы определяем обычный ток, который течет в том направлении, в котором протекал бы положительный заряд, если бы он мог двигаться. .Таким образом, если не указано иное, предполагается, что электрический ток состоит из положительных зарядов.
Также обратите внимание, что один кулон – это значительная величина электрического заряда, поэтому 5 А – это очень большой ток. Чаще всего вы увидите ток порядка миллиампер (мА).
Рис. 19.4 (a) Электрическое поле направлено вправо, ток движется вправо, а положительные заряды движутся вправо. (б) Эквивалентная ситуация, но с отрицательными зарядами, движущимися влево.Электрическое поле и ток по-прежнему справа.
Snap Lab
Vegetable Current
Эта лабораторная работа помогает студентам понять, как работает ток. Учитывая, что частицы, заключенные в трубе, не могут занимать одно и то же пространство, толкание большего количества частиц в один конец трубы приведет к вытеснению того же количества частиц из противоположного конца. Это создает поток частиц.
Найдите солому и сушеный горох, которые могут свободно перемещаться в соломе. Положите соломинку на стол и засыпьте ее горошком.Когда вы вдавливаете одну горошину с одного конца, другая горошина должна выходить из другого конца. Эта демонстрация представляет собой модель электрического тока. Определите часть модели, которая представляет электроны, и часть модели, которая представляет собой подачу электроэнергии. В течение 30 секунд подсчитайте, сколько горошин вы можете протолкнуть через соломинку. Когда закончите, вычислите гороховый ток , разделив количество горошин на время в секундах.
Обратите внимание, что поток гороха основан на том, что горох физически сталкивается друг с другом; электроны толкают друг друга за счет взаимно отталкивающих электростатических сил.
Проверка захвата
Предположим, четыре горошины в секунду проходят через соломинку. Если бы каждая горошина несла заряд в 1 нКл, какой электрический ток проходил бы через соломинку?
- Электрический ток будет равен заряду гороха, умноженному на 1 нКл / горох.
- Электрический ток будет равняться пиковому току, вычисленному в лаборатории, умноженному на 1 нКл / горох.
- Электрический ток будет равняться гороховому току, рассчитанному в лаборатории.
- Электрический ток равен заряду горошины, разделенному на время.
Направление обычного тока – это направление, в котором будет течь положительный заряд . В зависимости от ситуации могут перемещаться положительные заряды, отрицательные заряды или и то, и другое. В металлических проводах, как мы видели, ток переносится электронами, поэтому отрицательные заряды движутся. В ионных растворах, таких как соленая вода, движутся как положительно заряженные, так и отрицательно заряженные ионы.То же самое и с нервными клетками. Чистые положительные токи относительно редки, но встречаются. История отмечает, что американский политик и ученый Бенджамин Франклин описал ток как направление, в котором положительные заряды проходят через провод. Он назвал тип заряда, связанный с электронами, отрицательным задолго до того, как стало известно, что они переносят ток во многих ситуациях.
Когда электроны движутся по металлической проволоке, они сталкиваются с препятствиями, такими как другие электроны, атомы, примеси и т. Д.Электроны разбегаются от этих препятствий, как показано на рисунке 19.5. Обычно электроны теряют энергию при каждом взаимодействии. Таким образом, чтобы электроны двигались, требуется сила, создаваемая электрическим полем. Электрическое поле в проводе направлено от конца провода с более высоким потенциалом к концу провода с более низким потенциалом. Электроны, несущие отрицательный заряд, движутся в среднем (или дрейф ) в направлении, противоположном электрическому полю, как показано на рисунке 19.5.
Рис. 19.5. Свободные электроны, движущиеся в проводнике, совершают множество столкновений с другими электронами и атомами. Показан путь одного электрона. Средняя скорость свободных электронов находится в направлении, противоположном электрическому полю. Столкновения обычно передают энергию проводнику, поэтому для поддержания постоянного тока требуется постоянный запас энергии.
До сих пор мы обсуждали ток, который постоянно движется в одном направлении. Это называется постоянным током, потому что электрический заряд течет только в одном направлении.Постоянный ток часто называют постоянным током, током.
Многие источники электроэнергии, такие как плотина гидроэлектростанции, показанная в начале этой главы, вырабатывают переменный ток, направление которого меняется взад и вперед. Переменный ток часто называют Переменный ток . Переменный ток перемещается вперед и назад через равные промежутки времени, как показано на рисунке 19.6. Переменный ток, который исходит из обычной розетки, не меняет направление внезапно.Скорее, он плавно увеличивается до максимального тока, а затем плавно уменьшается до нуля. Затем он снова растет, но в противоположном направлении, пока не достигнет того же максимального значения. После этого он плавно уменьшается до нуля, и цикл начинается снова.
Рисунок 19.6 При переменном токе направление тока меняется через определенные промежутки времени. График вверху показывает зависимость тока от времени. Отрицательные максимумы соответствуют движению тока влево.Положительные максимумы соответствуют току, движущемуся вправо. Ток регулярно и плавно чередуется между этими двумя максимумами.
Устройства, использующие переменный ток, включают пылесосы, вентиляторы, электроинструменты, фены и многие другие. Эти устройства получают необходимую мощность, когда вы подключаете их к розетке. Настенная розетка подключена к электросети, которая обеспечивает переменный потенциал (потенциал переменного тока). Когда ваше устройство подключено к сети, потенциал переменного тока толкает заряды вперед и назад в цепи устройства, создавая переменный ток.
Однако во многих устройствах используется постоянный ток, например в компьютерах, сотовых телефонах, фонариках и автомобилях. Одним из источников постоянного тока является аккумулятор, который обеспечивает постоянный потенциал (потенциал постоянного тока) между своими выводами. Когда ваше устройство подключено к батарее, потенциал постоянного тока толкает заряд в одном направлении через цепь вашего устройства, создавая постоянный ток. Другой способ получения постоянного тока – использование трансформатора, который преобразует переменный потенциал в постоянный. Небольшие трансформаторы, которые вы можете подключить к розетке, используются для зарядки вашего ноутбука, мобильного телефона или другого электронного устройства.Люди обычно называют это зарядным устройством или батареей , но это трансформатор, который преобразует переменное напряжение в постоянное. В следующий раз, когда кто-то попросит одолжить зарядное устройство для ноутбука, скажите им, что у вас нет зарядного устройства для ноутбука, но они могут одолжить ваш преобразователь.
Рабочий пример
Ток при ударе молнии
Удар молнии может передать до 10201020 электронов из облака на землю. Если удар длится 2 мс, каков средний электрический ток в молнии?
СТРАТЕГИЯ
Используйте определение тока, I = ΔQΔtI = ΔQΔt.Заряд ΔQΔQ из 10201020 электронов ΔQ = neΔQ = ne, где n = 1020n = 1020 – количество электронов, а e = −1.60 × 10−19 Ce = −1.60 × 10−19 C – заряд электрона. Это дает
19,2 ΔQ = 1020 × (−1,60 × 10−19 ° C) = – 16,0 ° C ΔQ = 1020 × (−1,60 × 10−19 ° C) = – 16,0 ° C.Время Δt = 2 × 10–3 с Δt = 2 × 10–3 с – это продолжительность удара молнии.
Решение
Ток при ударе молнии
19,3I = ΔQΔt = −16,0 C2 × 10−3 с = −8 кА. I = ΔQΔt = −16,0 C2 × 10−3 с = −8 кА.Обсуждение
Отрицательный знак отражает тот факт, что электроны несут отрицательный заряд.Таким образом, хотя электроны текут от облака к земле, положительный ток должен течь от земли к облаку.
Рабочий пример
Средний ток для зарядки конденсатора
В цепи, содержащей конденсатор и резистор, зарядка конденсатора емкостью 16 мкФ с использованием батареи 9 В. занимает 1 мин. Какой средний ток в это время?
СТРАТЕГИЯ
Мы можем определить заряд конденсатора, используя определение емкости: C = QVC = QV.Когда конденсатор заряжается батареей 9 В, напряжение на конденсаторе будет V = 9 VV = 9 В. Это дает заряд
.Подставляя это выражение для заряда в уравнение для тока, I = ΔQΔtI = ΔQΔt, мы можем найти средний ток.
Решение
Средний ток
19,5I = ΔQΔt = CVΔt = (16 × 10−6 F) (9 В) 60 с = 2,4 × 10−6 A = 2,4 мкА I = ΔQΔt = CVΔt = (16 × 10−6 F) (9 В) 60 с = 2,4 × 10-6 А = 2,4 мкА.Обсуждение
Этот небольшой ток типичен для тока, встречающегося в таких цепях.
Закон ужасного ома
В предыдущей статье мы рассмотрели формулу мощности и обсудили взаимосвязь между мощностью, напряжением и током. Посмотрев на формулу мощности, теперь есть только одна формула, необходимая для решения практически всех электрических расчетов, это ужасный закон Ома. Мы не будем вдаваться в вывод формулы, но уделите минуту, чтобы прочитать следующую иллюстрацию:
Когда вы открываете кран, подключенный к садовому шлангу без насадки, вы увидите, что вода вытекает из другого конца.Поток воды через шланг подобен потоку электрического тока – электрический ток – это поток электронов через провод.
Если теперь вы положите большой палец на конец шланга и попытаетесь перекрыть поток воды, давление воды, которое вы почувствуете, будет похоже на напряжение. Напряжение – это давление, которое толкает электроны по проводу. Что интересно, если ваш большой палец полностью перекрывает поток воды, давление (напряжение) воды все равно остается. Наличие насадки на конце шланга и прекращение потока воды похоже на то, что к розетке в стене ничего не подключено – нет воды / тока, но давление / напряжение все еще есть.Следует отметить, что напряжение присутствует, даже если нет тока. Другой пример – автомобильный аккумулятор – на любой подключенный к нему провод всегда подается 12 Вольт, независимо от того, какой ток идет.
Вернемся к садовому шлангу. Если теперь переместить большой палец на конец шланга, можно изменить количество выходящей воды. То есть, изменяя сопротивление воде, вы меняете и поток. То же самое и в электрической цепи – измените сопротивление и соответственно изменится ток.Давайте определим электрическое сопротивление как «сопротивление, блокирующее, препятствующее или ограничивающее ток, протекающий по цепи». Примеры сопротивления в цепи – электрическая лампочка или электрический прибор.
Если напряжение (давление воды) остается прежним, ток будет зависеть от сопротивления. Чем больше сопротивление, тем меньше ток. И наоборот, чем меньше сопротивление, тем больше ток. Это похоже на то, что чем больше вы перекрываете конец шланга, тем больше уменьшается поток воды, уменьшение сопротивления увеличивает поток воды.
Если сопротивление остается прежним, ток можно увеличивать или уменьшать, увеличивая или уменьшая напряжение (давление воды).
Георг Симон Ом
В 1827 году немец по имени Георг Симон Ом опубликовал книгу, в которой описывалась взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Эта связь теперь известна как закон Ома. Закон Ома гласит, что ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.
Математически это выглядит так:
Ток = напряжение / сопротивление
Символы и единицы измерения напряжения и тока такие же, как и в формуле мощности.Обратите внимание на стандартные термины сопротивления.
| Имя | Символ | Единицы измерения |
|---|---|---|
| Текущий | я | ампер или ампер (A) |
| Напряжение | В | вольт (В) |
| Сопротивление | R | Ом (Ом) |
Следовательно, мы можем быстро записать эту формулу как:
I =
В / RПопулярный способ запомнить эту формулу и ее производные – это показанный здесь треугольник.Какую бы характеристику вы ни искали, прикройте ее пальцем, и формула, которая вам нужна, останется.
Пример 1. Чтобы найти напряжение в цепи, зная сопротивление и ток, коснитесь пальцем буквы «V», и формула будет I x R.
Пример 2: Чтобы найти ток в цепи, зная напряжение и сопротивление, приложите палец, чтобы закрыть «I», и формула: В / R
Пример 3: Чтобы найти сопротивление цепи, зная напряжение и ток, коснитесь пальцем буквы «R», и формула: В / I
Другими словами, формула в трех возможных формах:
В = I x R I =
В / R R = В / IИспользуя эти формулы и следующую схему, можно увидеть взаимосвязь между сопротивлением и током, при условии, что напряжение остается прежним.
Пример 1: Учитывая, что напряжение составляет 220 В, а сопротивление составляет 110 Ом (Ом), мы можем рассчитать ток по формуле:
I = В / R = 220 / 110 = 2 А
Пример 2: То же напряжение (220 В), но теперь сопротивление всего 2 Ом.
I = В / R = 220 / 2 = 110 А
То есть, чем больше сопротивление, тем меньше ток может протекать.Кроме того, чем меньше сопротивление, тем больший ток может протекать.
Может быть полезно снова использовать аналогию с водой. Если у вас есть водопроводная труба большого диаметра, то через нее может протекать много воды (тока), потому что «сопротивление» низкое (отсутствие засоров). Если есть закупорка в трубе (сопротивление), то (текущий) поток уменьшается. Чем больше засорение (чем выше сопротивление), тем меньше (ток) протекания.
Этот принцип проиллюстрирован в примерах выше.В примере 1 сопротивление 110 Ом позволяло проходить через цепь только 2 ампера. В примере 2 небольшое сопротивление (2 Ом) позволяло протекать по цепи большому току в 110 ампер.
Сопротивление – это все, что сопротивляется току, протекающему по цепи. Лампочка – это сопротивление, как утюг, кухонный комбайн или плита. В электронике есть небольшие компоненты, называемые резисторами, которые имеют фиксированное известное значение. Даже простой кабель имеет некоторое сопротивление, на самом деле причина использования толстых кабелей заключается в том, чтобы уменьшить сопротивление и позволить большему току проходить через него (например, пожарный шланг больше, чем садовый шланг, поэтому через него может течь больше воды) .
P.S .: мы только что рассмотрели основные принципы закона Ома, но шшш, никому не говори.
Если вы находите математику запутанной, попробуйте простой калькулятор закона Ома.
Серияили параллельная
Часто вы не знаете, какое сопротивление в цепи, и вам не нужно это знать. Однако эти формулы по-прежнему очень полезны, но в основном для того, что на их основе выводится, а не для их непосредственного вычисления. Это длинный способ сказать: «пожалуйста, примите, что следующие концепции получены из приведенной выше формулы, и нам не нужно тратить время и силы на ее доказательство».
Концепция 1:
Рассмотрим схему из шести лампочек. Поскольку они подключаются друг за другом, говорят, что они подключены последовательно.
Интересно, что происходит с напряжением, током и сопротивлением.
Напряжение: «Входное напряжение» – это сумма напряжений на всех отдельных лампах. В этом примере индивидуальное напряжение на каждом источнике света составляет 40 вольт, поэтому общее напряжение составляет 240 вольт.
Ток: Ток через каждый отдельный светильник такой же, как ток во всей цепи.Если ток, идущий в цепь, составляет 1 ампер, тогда ток через каждую отдельную лампу также составляет 1 ампер.
Сопротивление: Общее сопротивление равно сумме всех отдельных «последовательных» сопротивлений.
На практике этот тип цепи редко используется в доме. Это связано с тем, что если в дом поступает 240 вольт, и в нем шесть последовательно соединенных ламп, то каждый свет будет получать только одну шестую от этого напряжения, то есть 40 вольт. Тем не менее, этот тип схемы часто используется для гирлянды на елку. E.грамм. 20 лампочек по 12 вольт каждая равны 240 вольт. Проблема с этой схемой в том, что если горит одна лампочка, то погаснут и все остальные. Это связано с тем, что проводное соединение со следующим светом оборвано, поэтому цепь не завершена.
Часто используется последовательная цепь с батареями. Когда батареи включены последовательно, общее напряжение равно сумме всех индивидуальных напряжений, а общий ток, протекающий по всей цепи, такой же, как ток, протекающий через любую одну батарею.Например: четыре батареи на 1,5 В 500 мА, соединенные последовательно друг с другом, составляют батарею на 6 В (4 x 1,5) при 500 мА.
КОНЦЕПЦИЯ 2:
Рассмотрим схему из шести лампочек. Поскольку они соединены друг с другом или параллельно друг другу, говорят, что они соединены параллельно.
То, что происходит с напряжением, током и сопротивлением в цепи этого типа, отличается от того, что происходит в последовательной цепи.
Напряжение: напряжение на каждом индикаторе такое же, как «напряжение на входе».Если в цепь поступает 220 вольт, значит, 220 вольт на каждой отдельной лампе.
Ток: Ток, протекающий в цепи, представляет собой сумму токов в каждом отдельном источнике света. Если ток через каждую лампу составляет 1 ампер, то общий ток, поступающий в эту цепь, будет 6 ампер (6 x 1 ампер).
Сопротивление: общее сопротивление рассчитывается по сложной формуле, которую нам не нужно изучать на данном этапе. Достаточно сказать, что общее сопротивление меньше наименьшего индивидуального сопротивления.Вот формула для тех, кому действительно нужно знать:
На практике этот тип схемы используется в жилых домах. например Если у вас в доме 220 вольт, то все светильники и розетки (розетки) тоже 220 вольт, потому что они соединены параллельно.
Батареи также можно подключать параллельно. Выходное напряжение двух параллельно включенных батарей такое же, как у одной из батарей, но текущая емкость удваивается. Например: две автомобильные батареи на 12 вольт на 100 ампер / час, подключенные параллельно, составляют эквивалент 12-вольтовой батареи на 200 ампер / час.Те же две батареи, соединенные последовательно, будут эквивалентны батарее на 24 В и 100 А / час.
Собираем все вместе
Некоторые люди в восторге от того, как формулу закона Ома можно подставить в нашу формулу Силы для создания новых формул. Те из вас, кто любит играть с формулами, могут понять, как это делается; в остальном просто согласитесь, что эта таблица показывает различные комбинации этих формул.
В этой таблице показаны все возможные комбинации с использованием двух изученных нами основных формул.Попробуйте использовать калькулятор и следующие значения, чтобы проверить это:
В = 12 В I = 2 А R = 6 Ом P = 24 Вт
Вы можете распечатать таблицу и прикрепить ее к футляру мультиметра или стене мастерской для использования в будущем.
Простой калькулятор для вычисления всех этих комбинаций доступен здесь.
Поздравляю, вы закончили читать эти первые две статьи об основах электротехники. Это было очень тяжело с теорией и всевозможными формулами, но теперь у вас есть основы для понимания большинства электрических и электронных принципов.
Закон Ома – Инженерное мышление
Узнайте, как понять закон Ома, как он работает и как его использовать.
Также в конце статьи есть 2 задачи, которые вы можете проверить и решить.
Прокрутите вниз, чтобы просмотреть обучающее видео YouTube.
Что такое закон Ома
ЗаконОма – это соотношение между напряжением, током и сопротивлением, а также то, как они соотносятся друг с другом. Закон Ома был разработан немецким физиком по имени Георг Ом, который провел множество экспериментов для развития своей теории, включая измерение тока путем прикосновения к электрическим цепям, чтобы увидеть, насколько это больно.Чем выше ток, тем больнее.
Закон Ома Соотношение между напряжением, током и сопротивлениемФормулы закона Ома
Теперь есть три формулы, которые нам нужно использовать для определения закона Ома. НО нам не нужно помнить об этом, поскольку мы дадим вам очень простой совет буквально через мгновение.
Итак, мы используем следующие три формулы:
- Напряжение = Ток x Сопротивление
- Ток = Напряжение / Сопротивление
- Сопротивление = Напряжение / Ток
Если это кажется большим, что нужно помнить, не волнуйтесь, потому что вам не нужно запомни их.Все, что вам нужно запомнить, – это треугольник Ома, который выглядит как на изображении ниже.
Итак, вам просто нужно запомнить три буквы в таком порядке, VIR. Затем просто запишите их в треугольник с буквой V вверху и проведите линию, разделяющую их.
На самом деле вам даже не нужно их запоминать, потому что мы сделали БЕСПЛАТНОЕ руководство в формате PDF с некоторыми рабочими примерами, которые вы можете сохранить на своем ПК или мобильном телефоне и получить к нему доступ в любое время. Нажмите здесь, чтобы загрузить
Теперь все, что мы делаем, когда нам нужно использовать формулу, – это прикрывать нужную нам букву.
для определения напряжения
Итак, если мы хотим найти напряжение, мы пишем V = и затем закрываем V в треугольнике, что оставляет нас с I и R. Итак, мы пишем I x R. Это означает, что напряжение = ток, умноженный на сопротивление. Вы можете написать небольшой символ умножения в треугольнике между двумя буквами, если это вам поможет.
Найдите напряжение с помощью закона ОмаМы знаем, о чем вы думаете. Почему ток представлен буквой I, а не C для тока или даже A для единицы измерения в амперах.Единицей измерения тока является ампер или ампер, названный в честь Андре Ампера, французского физика. Пару сотен лет назад он провел множество экспериментов, многие из которых включали изменение величины электрического тока, поэтому он назвал это интенсивностью куранта или силой тока. Поэтому, когда они опубликовали его работу, они взяли букву I, и она стала стандартом до сих пор.
Вы также можете встретить формулы, в которых буква E используется вместо V. E означает ЭДС или электродвижущую силу, но не беспокойтесь об этом, просто используйте V и замените V на E, если вы видите, что это используется в Вопрос закона Ома.
Иногда «E» используется вместо «V» в законе Ома. Покрывая V, мы получаем напряжение = ток, умноженный на сопротивление.
, чтобы найти текущий
Если мы хотим найти ток, мы записываем I = и затем закрываем букву I. Это дает нам V и R, и поскольку V выше R как дробь, мы можем написать V ÷ R. Следовательно, ток равен Напряжение, деленное на сопротивление.
Найдите ток с помощью закона Ома, чтобы найти сопротивление
Если мы хотим найти сопротивление, мы пишем R = и закрываем R, что оставляет нас с V и I, поэтому мы пишем V ÷ I, что дает нам сопротивление = напряжение, деленное на ток.
Найдите сопротивление с помощью закона ОмаДавайте рассмотрим несколько примеров использования этих формул. Во-первых, давайте посмотрим, как мы находим напряжение и как оно соотносится с другими частями.
Пример определения напряжения
Допустим, у нас есть простая электрическая схема с батареей и резистором. Однако мы не знаем, какое напряжение у батареи. Сопротивление резистора составляет 3 Ом, и когда мы подключаем мультиметр к цепи, мы видим, что получаем значение 2 А.
Напряжение Треугольник ОмаМы хотим найти напряжение, поэтому, используя треугольник Ом, мы покрываем V, и это дает нам V = I x R.Мы знаем, что сила тока составляет 2 ампера, поэтому мы записываем это значение и знаем, что сопротивление равно 3 Ом, поэтому мы записываем и это значение. Следовательно, 2А, умноженные на 3 Ом, дают нам 6 Вольт. Таким образом, батарея на 6 В.
Если вы хотите проверить свои ответы, воспользуйтесь нашим БЕСПЛАТНЫМ калькулятором закона Ома. Щелкните здесь .
Если мы удвоим напряжение, подключив две батареи по 6 В последовательно, мы получим 12 В. Если мы теперь подключим его к той же цепи, ток также удвоится с 2А до 4А.Если мы снова удвоим напряжение до 24 В, ток также удвоится до 8 А.
Какие здесь отношения? Мы видим, что ток прямо пропорционален напряжению.
Закон Ома о соотношении тока и напряженияПомните; напряжение похоже на давление. Это толкающая сила в цепи. Он толкает электроны вокруг проводов, и мы помещаем такие предметы, как лампы, на пути электронов, поэтому они должны проходить через него, и это заставляет лампу загораться.
Удваивая напряжение, мы видим, что ток также удваивается, что означает, что поток электронов увеличивается по мере того, как мы прикладываем большее давление.Так же, как если мы используем насос большего размера, будет течь больше воды.
Поиск текущего примера
Допустим, теперь у нас есть лампа 3 Ом, подключенная к источнику питания 6 В. Чтобы найти ток, запишем I = и закроем I в треугольник. Это дает нам V ÷ R, поэтому ток равен напряжению, разделенному на сопротивление. Мы знаем, что напряжение составляет 6 В, а сопротивление – 3 Ом, поэтому ток равен 2 А, и это то, что мы видим с помощью мультиметра.
Треугольник сопротивления токаКстати, если у вас нет мультиметра, мы настоятельно рекомендуем вам его приобрести, он необходим для поиска неисправностей, а также для повышения ваших знаний в области электротехники.Ниже есть несколько ссылок, по которым можно добраться и откуда.
Итак, мы увидели, что происходит, когда мы используем в цепи сопротивление 3 Ом. Но если мы удвоим сопротивление до 6 Ом, вставив в цепь еще одну лампу на 3 Ом, ток упадет вдвое до 1А.
Если мы снова удвоим сопротивление до 12 Ом, ток снова упадет вдвое до 0,5 А. Мы можем видеть это визуально, потому что лампы станут менее яркими по мере уменьшения тока из-за увеличения сопротивления.
Какие здесь отношения? Мы видим, что ток обратно пропорционален сопротивлению.Когда мы удвоим сопротивление, ток уменьшится вдвое. Если мы уменьшим сопротивление вдвое, ток удвоится.
Закон Ома Взаимосвязь между током и сопротивлениемТок – это поток электронов или поток свободных электронов. Чтобы лампа засветилась, нам нужно протолкнуть через нее электроны. Как мы это делаем? Мы прикладываем напряжение к обоим концам. Напряжение толкает электроны. Атомы внутри медной проволоки имеют свободные электроны в своей валентной оболочке, что означает, что они могут очень легко перемещаться к другим атомам меди, и они будут естественным образом перемещаться к другим атомам сами по себе, но в случайных направлениях, которые для нас бесполезны.Чтобы лампа включилась, нам нужно, чтобы много электронов текло в одном направлении. Когда мы подключаем источник напряжения, мы используем давление батареи, чтобы протолкнуть электроны по цепи в одном и том же направлении.
Например, для питания этой резистивной лампы на 1,5 Ом с батареей 1,5 В требуется 1 ампер тока, который равен (6 242 000 000 000 000 000) шести квинтиллионам двумстам сорока двум квадриллионам электронов, проходящих от батареи через лампу каждую секунду. чтобы лампа оставалась включенной на полную мощность.Если напряжение или ток уменьшатся или сопротивление цепи увеличится, лампа станет тусклее.
Пример поиска сопротивления
Допустим, у нас есть резистивная лампа, подключенная к источнику питания 12 В. Мы не знаем, какое сопротивление он добавляет к цепи, но мы измеряем ток как 0,5 А.
Закон сопротивления ОмаЧтобы найти сопротивление, мы записываем R = и закрываем R на треугольнике. Остались V и I, поэтому сопротивление = напряжение, деленное на ток.Мы знаем, что напряжение составляет 12 В, а ток – 0,5 А, поэтому 12, разделенное на 0,5, дает нам сопротивление 24 Ом.
Сопротивление – это противодействие потоку электронов. Он пытается помешать течению электронов. Вот почему мы используем резисторы в цепях, чтобы уменьшить ток и защитить такие компоненты, как светодиод. Если мы попытаемся подключить светодиод напрямую к батарее 9 В, он перегорит, потому что напряжение и ток слишком высоки. Но когда мы добавляем резистор в схему, они уменьшаются, поэтому светодиод защищен и будет ярко светить.
Итак, в схеме мы можем увеличить ток, увеличив напряжение, или мы также можем увеличить ток, но уменьшив сопротивление. Мы также можем уменьшить ток, увеличив сопротивление.
Обзор закона ОмаПроверьте свои навыки
Можете ли вы решить эти проблемы?
Проблема 1) Допустим, у нас есть лампа с сопротивлением 240 Ом. Если мы подключим его к розетке в США, где используется напряжение 120 В, какой будет ток?
Проблема 2) Если я подключу ту же лампу с резистором 240 Ом к розетке в Великобритании, мы получим ток 0.958A, так какое напряжение подается?
Проблема 2Решения
Задача 1) Чтобы найти ток, мы используем формулу I = V ÷ R. Мы знаем, что сопротивление R составляет 240 Ом, и мы знаем, что напряжение V равно 120 В, поэтому мы опускаем эти числа в формулу, чтобы получить
I = V ÷ R
I = 120 В ÷ 240 Ом
I = 0,5 A
Задача 2) Чтобы найти напряжение, мы используем формулу V = I x R. Мы знаем, что ток (I) составляет 0,958 А, а сопротивление (R) составляет 240 Ом, поэтому мы опускаем эти числа в формулу, чтобы получить
В = I x R
V = 0.958A x 240 Ом
В = 229,9 В (~ 230 В)
19,1 Закон Ома – Физика
Постоянный и переменный ток
Так же, как вода течет с большой высоты на низкую, электроны, которые могут свободно перемещаться, будут перемещаться из места с низким потенциалом в место с высоким потенциалом. Батарея имеет две клеммы с разным потенциалом. Если клеммы соединены проводом, электрический ток (заряды) будет течь, как показано на рисунке 19.2. Электроны будут перемещаться от низкопотенциальной клеммы батареи (отрицательный конец ) через провод и попадут в высокопотенциальную клемму батареи (положительный конец ).
Рисунок 19.2 У батареи есть провод, соединяющий положительную и отрицательную клеммы, который позволяет электронам перемещаться от отрицательной клеммы к положительной.
Поддержка учителя
Поддержка учителя
Подчеркните, что электроны движутся от отрицательной клеммы к положительной, потому что они несут отрицательный заряд, поэтому они отталкиваются кулоновской силой от отрицательной клеммы.
Электрический ток – это скорость движения электрического заряда. Большой ток, такой как тот, который используется для запуска двигателя грузовика, перемещает большое количество очень быстро, тогда как небольшой ток, такой как тот, который используется для работы портативного калькулятора, перемещает небольшое количество заряда медленнее. В форме уравнения электрический ток I определяется как
, где ΔQΔQ – это количество заряда, которое проходит через заданную область, а ΔtΔt – время, за которое заряд проходит мимо этой области.Единицей измерения электрического тока в системе СИ является ампер (А), названный в честь французского физика Андре-Мари Ампера (1775–1836). Один ампер – это один кулон в секунду, или
Электрический ток, движущийся по проволоке, во многом похож на ток воды, движущийся по трубе. Чтобы определить поток воды через трубу, мы можем подсчитать количество молекул воды, которые проходят мимо данного участка трубы. Как показано на рисунке 19.3, электрический ток очень похож. Считаем количество электрических зарядов, протекающих по участку проводника; в данном случае провод.
Рис. 19.3 Электрический ток, движущийся по этому проводу, – это заряд, который проходит через поперечное сечение A, деленный на время, необходимое для того, чтобы этот заряд прошел мимо участка A .
Поддержка учителя
Поддержка учителя
Укажите, что носители заряда на этом рисунке положительны, поэтому они движутся в том же направлении, что и электрический ток.
Предположим, что каждая частица q на рисунке 19.3 несет заряд q = 1nCq = 1nC, и в этом случае общий показанный заряд будет ΔQ = 5q = 5nCΔQ = 5q = 5nC.Если эти заряды пройдут мимо области A за время Δt = 1 нсΔt = 1 нс, то ток будет
I = ΔQΔt = 5nC1ns = 5A.I = ΔQΔt = 5nC1ns = 5A.19,1
Обратите внимание, что мы присвоили зарядам на рис. 19.3 положительный заряд. Обычно отрицательные заряды – электроны – являются подвижным зарядом в проводах, как показано на рисунке 19.2. Положительные заряды обычно застревают в твердых телах и не могут свободно перемещаться. Однако, поскольку положительный ток, движущийся вправо, аналогичен отрицательному току такой же величины, движущемуся влево, как показано на рисунке 19.4 мы определяем обычный ток, который течет в том направлении, в котором протекал бы положительный заряд, если бы он мог двигаться. Таким образом, если не указано иное, предполагается, что электрический ток состоит из положительных зарядов.
Также обратите внимание, что один кулон – это значительная величина электрического заряда, поэтому 5 А – это очень большой ток. Чаще всего вы увидите ток порядка миллиампер (мА).
Рис. 19.4 (a) Электрическое поле направлено вправо, ток движется вправо, а положительные заряды движутся вправо.(б) Эквивалентная ситуация, но с отрицательными зарядами, движущимися влево. Электрическое поле и ток по-прежнему справа.
Поддержка учителя
Поддержка учителя
Укажите, что электрическое поле одинаково в обоих случаях, и что ток направлен в направлении электрического поля.
Предупреждение о заблуждении
Убедитесь, что учащиеся понимают, что ток – это , определяемый как как направление, в котором будет течь положительный заряд, даже если электроны чаще всего являются мобильными носителями заряда.Математически результат один и тот же, независимо от того, предположим ли мы, что положительный заряд течет в одну сторону или отрицательный заряд течет в противоположном направлении. Однако физически ситуация совершенно иная (хотя разница уменьшается после определения отверстий).
Snap Lab
Vegetable Current
Эта лабораторная работа помогает студентам понять, как работает ток. Учитывая, что частицы, заключенные в трубе, не могут занимать одно и то же пространство, толкание большего количества частиц в один конец трубы приведет к вытеснению того же количества частиц из противоположного конца.Это создает поток частиц.
Найдите солому и сушеный горох, которые могут свободно перемещаться в соломе. Положите соломинку на стол и засыпьте ее горошком. Когда вы вдавливаете одну горошину с одного конца, другая горошина должна выходить из другого конца. Эта демонстрация представляет собой модель электрического тока. Определите часть модели, которая представляет электроны, и часть модели, которая представляет собой подачу электроэнергии. В течение 30 секунд подсчитайте, сколько горошин вы можете протолкнуть через соломинку.Когда закончите, вычислите гороховый ток , разделив количество горошин на время в секундах.
Обратите внимание, что поток гороха основан на том, что горох физически сталкивается друг с другом; электроны толкают друг друга за счет взаимно отталкивающих электростатических сил.
Проверка захвата
Предположим, у вас есть резервуар с горохом, каждый заправлен до 1 нКл. Если вы пропустите горошек через соломинку со скоростью четыре горошины в секунду, как бы вы рассчитали электрический ток, проводимый заряженным горошком?
- Измерьте длину соломинки, затем разделите на расход гороха и умножьте на расход на горошину.
- Умножьте расход гороха на расход гороха.
- Измерьте длину соломинки, затем умножьте на скорость потока гороха и разделите на количество заряда на горошину.
- Разделите расход гороха на расход гороха.
Направление обычного тока – это направление, в котором будет течь положительный заряд . В зависимости от ситуации могут перемещаться положительные заряды, отрицательные заряды или и то, и другое.В металлических проводах, как мы видели, ток переносится электронами, поэтому отрицательные заряды движутся. В ионных растворах, таких как соленая вода, движутся как положительно заряженные, так и отрицательно заряженные ионы. То же самое и с нервными клетками. Чистые положительные токи относительно редки, но встречаются. История отмечает, что американский политик и ученый Бенджамин Франклин описал ток как направление, в котором положительные заряды проходят через провод. Он назвал тип заряда, связанный с электронами, отрицательным задолго до того, как стало известно, что они переносят ток во многих ситуациях.
Когда электроны движутся по металлической проволоке, они сталкиваются с препятствиями, такими как другие электроны, атомы, примеси и т. Д. Электроны рассеиваются от этих препятствий, как показано на рисунке 19.5. Обычно электроны теряют энергию при каждом взаимодействии. Таким образом, чтобы электроны двигались, требуется сила, создаваемая электрическим полем. Электрическое поле в проводе направлено от конца провода с более высоким потенциалом к концу провода с более низким потенциалом. Электроны, несущие отрицательный заряд, движутся в среднем (или дрейф ) в направлении, противоположном электрическому полю, как показано на рисунке 19.5.
Рис. 19.5. Свободные электроны, движущиеся в проводнике, совершают множество столкновений с другими электронами и атомами. Показан путь одного электрона. Средняя скорость свободных электронов находится в направлении, противоположном электрическому полю. Столкновения обычно передают энергию проводнику, поэтому для поддержания постоянного тока требуется постоянный запас энергии.
До сих пор мы обсуждали ток, который постоянно движется в одном направлении. Это называется постоянным током, потому что электрический заряд течет только в одном направлении.Постоянный ток часто называют постоянным током, током.
Многие источники электроэнергии, такие как плотина гидроэлектростанции, показанная в начале этой главы, вырабатывают переменный ток, направление которого меняется взад и вперед. Переменный ток часто называют Переменный ток . Переменный ток перемещается вперед и назад через равные промежутки времени, как показано на рисунке 19.6. Переменный ток, который исходит из обычной розетки, не меняет направление внезапно.Скорее, он плавно увеличивается до максимального тока, а затем плавно уменьшается до нуля. Затем он снова растет, но в противоположном направлении, пока не достигнет того же максимального значения. После этого он плавно уменьшается до нуля, и цикл начинается снова.
Рисунок 19.6 При переменном токе направление тока меняется через определенные промежутки времени. График вверху показывает зависимость тока от времени. Отрицательные максимумы соответствуют движению тока влево.Положительные максимумы соответствуют току, движущемуся вправо. Ток регулярно и плавно чередуется между этими двумя максимумами.
Teacher Support
Teacher Support
Помогите ученикам интерпретировать график, подчеркнув, что ток не меняет направление мгновенно, а вместо этого плавно переходит от одного максимума к противоположному максимуму и обратно. Объясните, что четыре изображения внизу показывают ток в соответствующих максимумах. Обратите внимание, что для упрощения интерпретации операторы мобильной связи на изображении считаются положительными.
Устройства, использующие переменный ток, включают пылесосы, вентиляторы, электроинструменты, фены и многие другие. Эти устройства получают необходимую мощность, когда вы подключаете их к розетке. Настенная розетка подключена к электросети, которая обеспечивает переменный потенциал (потенциал переменного тока). Когда ваше устройство подключено к сети, потенциал переменного тока толкает заряды вперед и назад в цепи устройства, создавая переменный ток.
Однако во многих устройствах используется постоянный ток, например в компьютерах, сотовых телефонах, фонариках и автомобилях.Одним из источников постоянного тока является аккумулятор, который обеспечивает постоянный потенциал (потенциал постоянного тока) между своими выводами. Когда ваше устройство подключено к батарее, потенциал постоянного тока толкает заряд в одном направлении через цепь вашего устройства, создавая постоянный ток. Другой способ получения постоянного тока – использование трансформатора, который преобразует переменный потенциал в постоянный. Небольшие трансформаторы, которые вы можете подключить к розетке, используются для зарядки вашего ноутбука, мобильного телефона или другого электронного устройства. Люди обычно называют это зарядным устройством или батареей , но это трансформатор, который преобразует переменное напряжение в постоянное.В следующий раз, когда кто-то попросит одолжить зарядное устройство для ноутбука, скажите им, что у вас нет зарядного устройства для ноутбука, но они могут одолжить ваш преобразователь.
Рабочий пример
Ток при ударе молнии
Удар молнии может передать до 10201020 электронов из облака на землю. Если удар длится 2 мс, каков средний электрический ток в молнии?
Стратегия
Используйте определение тока, I = ΔQΔtI = ΔQΔt. Заряд ΔQΔQ из 10201020 электронов ΔQ = neΔQ = ne, где n = 1020n = 1020 – количество электронов, а e = −1.60 · 10−19Ce = −1.60 · 10−19C – заряд электрона. Это дает
ΔQ = 1020 × (-1,60 × 10-19 ° C) = -16,0 ° C. ΔQ = 1020 × (-1,60 × 10-19 ° C) = -16,0 ° C.19,2
Время Δt = 2 × 10–3 с Δt = 2 × 10–3 с – это продолжительность удара молнии.
Решение
Ток при ударе молнии
I = ΔQΔt = −16,0C2 × 10−3s = −8kA.I = ΔQΔt = −16,0C2 × 10−3s = −8kA.19,3
Обсуждение
Отрицательный знак отражает тот факт, что электроны несут отрицательный заряд.Таким образом, хотя электроны текут от облака к земле, положительный ток должен течь от земли к облаку.
Рабочий пример
Средний ток для зарядки конденсатора
В цепи, содержащей конденсатор и резистор, зарядка конденсатора емкостью 16 мкФ с использованием батареи 9 В. занимает 1 мин. Какой средний ток в это время?
Стратегия
Мы можем определить заряд конденсатора, используя определение емкости: C = QVC = QV.Когда конденсатор заряжается батареей 9 В, напряжение на конденсаторе будет V = 9VV = 9V. Это дает заряд
Подставляя это выражение для заряда в уравнение для тока, I = ΔQΔtI = ΔQΔt, мы можем найти средний ток.
Решение
Средний ток
I = ΔQΔt = CVΔt = (16 × 10−6F) (9V) 60s = 2,4 × 10−6A = 2,4 мкА I = ΔQΔt = CVΔt = (16 × 10−6F) (9V) 60s = 2,4 × 10−6A = 2,4 мкА.19,5
Обсуждение
Этот небольшой ток типичен для тока, встречающегося в таких цепях.
Сопротивление и закон Ома
Как упоминалось ранее, электрический ток в проводе во многом похож на воду, текущую по трубе. На поток воды, который может течь по трубе, влияют препятствия в трубе, такие как засорения и узкие участки в трубе. Эти препятствия замедляют ток через трубу. Точно так же электрический ток в проводе может замедляться многими факторами, включая примеси в металле провода или столкновения между зарядами в материале.Эти факторы создают сопротивление электрическому току. Сопротивление – это описание того, насколько провод или другой электрический компонент препятствует прохождению через него заряда. В XIX веке немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) экспериментально обнаружил, что ток через проводник пропорционален падению напряжения на проводнике с током.
Константа пропорциональности – это сопротивление материала R , что приводит к
Это соотношение называется законом Ома.Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, в которой напряжение является причиной, а ток – следствием. Закон Ома – это эмпирический закон, подобный закону трения, что означает, что это экспериментально наблюдаемое явление. Единицы сопротивления – вольт на ампер или В / А. Мы называем V / A Ом , что обозначается заглавной греческой буквой омега (ΩΩ). Таким образом,
1 Ом = 1 В / А (1,4). 1 Ом = 1 В / А (1,4). ЗаконОма справедлив для большинства материалов и при обычных температурах. При очень низких температурах сопротивление может упасть до нуля (сверхпроводимость).При очень высоких температурах тепловое движение атомов в материале препятствует потоку электронов, увеличивая сопротивление. Многие вещества, для которых действует закон Ома, называются омическими. Омические материалы включают в себя хорошие проводники, такие как медь, алюминий и серебро, а также некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах. Сопротивление омических материалов остается практически неизменным в широком диапазоне напряжения и тока.
Watch Physics
Знакомство с электричеством, цепями, током и сопротивлением
В этом видео представлен закон Ома и простая электрическая схема.Говорящий использует аналогию давления, чтобы описать, как электрический потенциал заставляет заряд двигаться. Он называет электрический потенциал электрическим давлением . Другой способ размышления об электрическом потенциале – это представить, что множество частиц одного знака скопилось в небольшом замкнутом пространстве. Поскольку эти заряды имеют одинаковый знак (все они положительные или все отрицательные), каждый заряд отталкивает другие вокруг себя. Это означает, что множество зарядов постоянно выталкивается за пределы пространства.Полная электрическая цепь подобна открытию двери в небольшом пространстве: какие бы частицы ни толкали к двери, теперь у них есть способ убежать. Чем выше электрический потенциал, тем сильнее каждая частица толкает друг друга.
Проверка захвата
Если вместо одного резистора R на схеме, показанной в видео, нарисовать два резистора с сопротивлением R каждый, что вы можете сказать о токе в цепи?
- Сила тока в цепи должна уменьшиться вдвое.
- Величина тока в цепи должна увеличиться вдвое.
- Ток в цепи должен оставаться неизменным.
- Величина тока в цепи увеличится вдвое.
Виртуальная физика
Закон Ома
Это моделирование имитирует простую схему с батареями, обеспечивающими источник напряжения, и резистором, подключенным к батареям.Посмотрите, как на ток влияет изменение сопротивления и / или напряжения. Обратите внимание, что сопротивление моделируется как элемент, содержащий малых рассеивающих центров . Они представляют собой загрязнения или другие препятствия, препятствующие прохождению тока.
Проверка захвата
Исследования PhET: закон Ома. Посмотрите, как уравнение закона Ома соотносится с простой схемой. Отрегулируйте напряжение и сопротивление и посмотрите, как изменяется ток по закону Ома. Размеры символов в уравнении изменяются в соответствии с принципиальной схемой.В цепи, если сопротивление оставить постоянным, а напряжение удвоить (например, с 3 \, \ text {V} до 6 \, \ text {V}), как изменится ток? Соответствует ли это закону Ома?
- Сила тока удвоится. Это соответствует закону Ома, поскольку ток пропорционален напряжению.
- Сила тока удвоится. Это не соответствует закону Ома, поскольку сила тока пропорциональна напряжению.
- Ток увеличится вдвое.Это соответствует закону Ома, поскольку ток пропорционален напряжению.
- Ток уменьшится вдвое. Это не соответствует закону Ома, поскольку сила тока пропорциональна напряжению.
Рабочий пример
Сопротивление фары
Каково сопротивление автомобильной фары, через которую проходит 2,50 А при напряжении 12,0 В?
Стратегия
ЗаконОма говорит нам, что Vheadlight = IRheadlightVheadlight = IRheadlight.Падение напряжения при прохождении через фару – это просто повышение напряжения, обеспечиваемое аккумулятором, Vheadlight = VbatteryVheadlight = Vbattery. Мы можем использовать это уравнение и изменить закон Ома, чтобы найти сопротивление RheadlightRheadlight фары.
Решение
Решение закона Ома для сопротивления фары дает
Vheadlight = IRheadlight Vbattery = IRheadlightRheadlight = VbatteryI = 12V2.5A = 4.8Ω. Vheadlight = IRheadlightVbattery = IRheadlightRheadlight = VbatteryI = 12V2.5А = 4,8 Ом.19,6
Обсуждение
Это относительно небольшое сопротивление. Как мы увидим ниже, сопротивление в цепях обычно измеряется в кВт или МВт.
Рабочий пример
Определите сопротивление по графику “ток-напряжение”
Предположим, вы прикладываете к цепи несколько различных напряжений и измеряете ток, протекающий по цепи. График результатов показан на рисунке 19.7. Какое сопротивление цепи?
Рисунок 19.7 Линия показывает зависимость тока от напряжения. Обратите внимание, что ток указан в миллиамперах. Например, при 3 В ток составляет 0,003 А или 3 мА.
Стратегия
График показывает, что ток пропорционален напряжению, что соответствует закону Ома. По закону Ома (V = IRV = IR) константа пропорциональности – это сопротивление R . Поскольку на графике показан ток как функция напряжения, мы должны изменить закон Ома в следующей форме: I = VR = 1R × VI = VR = 1R × V. Это показывает, что наклон линии I по сравнению с V составляет 1R1R.Таким образом, если мы найдем наклон линии на рисунке 19.7, мы сможем вычислить сопротивление R .
Решение
Наклон линии равен подъему , разделенному на подъема . Глядя на нижний левый квадрат сетки, мы видим, что линия поднимается на 1 мА (0,001 А) и проходит через напряжение 1 В. Таким образом, наклон линии равен
. наклон = 0,001A1V. наклон = 0,001A1V.19,7
Приравнивая наклон к 1R1R и решая для R , получаем
1R = 0.001A1R = 1V0.001A = 1000Ω1R = 0.001A1R = 1V0.001A = 1000Ω19,8
или 1 кОм.
Обсуждение
Это сопротивление больше, чем то, что мы обнаружили в предыдущем примере. Подобные сопротивления часто встречаются в электрических цепях, как мы узнаем в следующем разделе. Обратите внимание, что если бы линия на рисунке 19.7 не была прямой, то материал не был бы омическим, и мы не смогли бы использовать закон Ома. Материалы, которые не подчиняются закону Ома, называются безомными.
Примеры законаОм – Сборка электронных схем
Обычно я не использую много математики при работе с электроникой, но закон Ома чрезвычайно полезен!
Закон был найден Георгом Омом и основан на том, как связаны напряжение, ток и сопротивление:
Посмотрите на рисунок выше и убедитесь, что для вас это имеет смысл:
- Если вы увеличите напряжение в цепи при неизменном сопротивлении, вы получите больший ток.
- Если вы увеличите сопротивление в цепи при неизменном напряжении, вы получите меньший ток.
Закон Ома – это способ описания взаимосвязи между напряжением, сопротивлением и током с использованием математики:
В = RI
- В – символ напряжения.
- I – символ тока.
- R – символ сопротивления.
Использую ОЧЕНЬ часто. Это формула электроники.
Вы можете переключить его и получить R = V / I или I = V / R. Если у вас есть две переменные, вы можете рассчитать последнюю.
Треугольник закона Ома
Вы можете использовать этот треугольник, чтобы запомнить закон Ома:
Как использовать:
Накройте рукой письмо, которое хотите найти.Если оставшиеся буквы лежат одна над другой, значит, верхнюю разделите на нижнюю. Если они рядом, значит, умножаются одно на другое.
Пример: Напряжение
Найдем формулу для напряжения:
Положите руку на V в треугольнике, затем посмотрите на R и I. I и R расположены рядом друг с другом, поэтому вам нужно умножить. Это означает, что вы получите:
В = I * R
Пример: сопротивление
Найдем формулу сопротивления:
Положите руку на R.Тогда вы увидите, что V находится над I. Это означает, что вам нужно разделить V на I:
.R = V / I
Пример: Текущий
Найдем формулу для тока:
Положите руку на I. Затем вы увидите букву V над R, что означает разделение V на R:
I = V / R
Как запомнить закон Ома
Самый простой способ запоминать вещи – создать с ним глупую ассоциацию, чтобы вы запомнили это, потому что это так глупо.
Итак, чтобы помочь вам запомнить закон Ома, позвольте мне представить VRIIIIIIII! правило.
Представьте, что вы ведете машину очень быстро, а затем внезапно резко нажимаете на тормоза. Какой звук вы слышите?
«ВРИИИИИИИИИИИИ!»
И так можно запомнить V = RI;)
Практический пример
Лучший способ научить пользоваться им – это на собственном примере.
Ниже представлена очень простая схема с батареей и резистором. Батарея представляет собой батарею на 12 вольт, а сопротивление резистора – 600 Ом.Сколько тока течет по цепи?
Чтобы найти величину тока, вы можете использовать треугольник выше к формуле для тока: I = V / R. Теперь вы можете рассчитать ток, используя напряжение и сопротивление:
I = 12 В / 600 Ом
I = 0,02 A = 20 мА (миллиампер)
Значит ток в цепи 20 мА.
Если вы не любите рассчитывать вещи самостоятельно, воспользуйтесь этим калькулятором закона Ома.
Другой пример
Давайте попробуем другой пример.
Ниже мы снова видим схему с резистором и батареей. Но на этот раз мы не знаем напряжение батареи. Вместо этого мы представляем, что измерили ток в цепи и обнаружили, что он составляет 3 мА (миллиампер).
Сопротивление резистора 600 Ом. Какое напряжение у аккумулятора?
Помня «VRIIII!» правило, вы получаете:
В = RI
В = 600 Ом * 3 мА
В = 1,8 В
Значит, напряжение АКБ должно быть 1.8 В.
Возврат от закона Ома к электронным схемам
ЗаконОма: полное руководство
Что такое закон
Ома ?Закон Ома – это расчет, согласно которому ток через проводник между двумя разными точками пропорционален величине напряжения в этих точках. Закон Ома показывает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением в электрической цепи.
Это привело к открытию уравнений закона Ома V = IR или I = V / R или R = V / I.Мы подробно рассмотрим все уравнения ниже, но давайте начнем с основ.
Кто разработал закон Ома? Георг ОмЗакон Ома был назван в честь Георга Ома, который был немецким физиком. Георг Ом жил с 1789 по 1854 годы. Он был опубликован в его статье 1827 года под названием «Гальваническая цепь, исследованная математически».
Уравнение закона Ома
Формулы закона Ома выглядят следующим образом:
I = V / R или V = IR или R = V / I
Это треугольник закона Ома, ниже вы увидите, как его использовать. треугольник.
Треугольник закона Ома Чтобы найти напряжение Треугольник закона Ома для расчета напряженияВольт (В) = Ампер (I) x сопротивление (Ом)
Если мы не знаем значение напряжения, мы можем использовать значения тока и сопротивления в приведенной выше формуле.
Чтобы найти ток Треугольник закона Ома для расчета токаАмперы (I) = Напряжение (В) ÷ Сопротивление (Ом)
Если мы не знаем значение тока, мы можем использовать значения для напряжения и сопротивление в формуле выше.
Чтобы найти сопротивление Треугольник закона Ома для расчета сопротивленияСопротивление (Ом) = Напряжение (В) ÷ Амперы (I)
Если мы не знаем значение сопротивления, мы можем использовать значения для напряжения и ток в приведенной выше формуле.
В некоторых вариантах напряжение (В) может быть выражено как E – это потому, что некоторые люди используют E для обозначения напряжения на источнике питания, таком как батареи или электрические генераторы.
Если известно какое-либо из двух значений, вы можете использовать приведенные выше уравнения, чтобы найти третье значение.
Теперь мы применим формулы на практике и используем их в приведенных ниже примерах, чтобы найти значения.
Некоторые примеры использования закона Ома Для расчета напряжения (В)Используя треугольник закона Ома, мы видим, что нам необходимо выполнить расчет:
В или E = IXR
V или E = 4 AX 14 Ω = 56 V
56 V = 4 A x 14 Ω
Ответ 56 Вольт
Для расчета ампер (A)Используя треугольник закона Ома, мы видно, что нам нужно выполнить расчет:
I = V или E ÷ R
I = 12 В ÷ 6 Ом = 2 A
2 A = 12 В ÷ 6 Ом
Ответ составляет 2 А
Для расчета сопротивления (Ом)Используя треугольник закона Ома, мы видим, что нам необходимо выполнить расчет:
R = V или E ÷ I
R = 48 В ÷ 10 A = 4.8 Ом
4,8 Ом = 48 В ÷ 10 А
Ответ: 4,8 Ом
Почему напряжение обозначено буквой E в законе Ома?Буква E в законе Ома означает электромагнитную силу или по-немецки Elektromotorische Kraft. Это связано с тем, что термин «напряжение» не использовался, поскольку вольт не был признанной единицей до 1881 года.
Вольт был фактически назван в честь Алессандро Вольта, итальянского физика, который изобрел батарею.
Почему ток обозначен буквой I в законе Ома?I в законе Ома на самом деле происходит от немецкого слова «Intensität», которое в переводе с немецкого означает интенсивность. На самом деле в этом есть большой смысл: когда Георг Ом разработал закон Ома в 1827 году, он заявил, что ток – это все, что связано с его потоком или интенсивностью.
Буква А использовалась в 1820 году для обозначения течения, когда французский физик Андре-Мари Ампер разработал закон Ампера.
Применение закона ОмаЗакон Ома используется для определения ряда вещей, которые вы будете использовать или видеть вокруг себя в повседневной жизни.Ниже мы приведем несколько примеров использования формул Георга Ома.
- Бытовые электрические вентиляторы – скорость электрического вентилятора регулируется поворотным переключателем на стене или нажатием кнопки скорости. Это означает, что ток регулируется путем регулирования или регулировки сопротивления через устройство регулятора, которое затем отправляется на выходной терминал, чтобы сообщить двигателю, с какой скоростью работать. Здесь вы можете рассчитать значение входа, взяв любое из двух фиксированных значений – сопротивления, тока или напряжения.
- Электронные схемы – в электронных схемах применяется закон Ома для преднамеренного падения напряжения. Падения напряжения необходимы в электронных схемах, чтобы придать определенный уровень напряжения различным компонентам в цепи.
- Чайники и утюги – резисторы используются в электрочайниках и утюгах. Задача резистора – ограничить количество тока, протекающего через них, чтобы обеспечить прибору требуемый / правильный уровень тепла. Чтобы решить, какой размер резистора требуется, используется закон Ома.
- Конструкция предохранителей – предохранитель – это тип защитного устройства, используемого в электрических системах для ограничения силы тока, протекающего через цепь, и правильного уровня напряжения. Чтобы решить, какого размера резисторы используются в предохранителях, применяется закон Ома.
Есть два основных ограничения, которые всегда следует учитывать при использовании закона Ома.
- Закон не может применяться к тому, что мы называем односторонней сетью.Односторонняя сеть – это то, что использует внутри себя односторонние элементы. Односторонние элементы – это такие компоненты, как диоды, транзисторы и т. Д. Эти элементы не имеют одинакового соотношения напряжения и тока для обоих направлений, в которых протекает ток.
- Вы не можете применить закон Ома к нелинейным элементам. Нелинейный элемент – это то, что не имеет тока, точно пропорционального приложенному напряжению. В основном это означает, что значение сопротивления для этого элемента изменяется при изменении уровней напряжения и тока.Некоторыми примерами нелинейных элементов являются тиристоры, электрическая дуга и т.д. ), напряжение (В), ток (I) и сопротивление (R).