09-д. Закон Ома для участка цепи
§ 09-д. Закон Ома для участка цепи
В § 8-и мы начали знакомство с физической величиной «электрическое сопротивление». Продолжим его – проделаем опыт. Нам потребуются источник электроэнергии, амперметр, вольтметр, реостат и два резистора (две нихромовые спирали) с различными сопротивлениями.
Соберём цепь, как показано на рисунке слева или на схеме в конце параграфа. Перемещая движок реостата, поочерёдно установим значения силы тока 0,4 А, 0,6 А, 0,8 А, 1 А. Запишем показания амперметра и вольтметра в таблицу. Повторим опыт, заменив резистор, и дополним таблицу:
Примеры экспериментальных значений силы тока и напряжения на двух различных проводниках: равным силам токов соответствуют различные напряжения.
Первый резистор | Второй резистор | |||||||
I , A | 0,6 | 0,8 | 1,0 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1,0 | |
U , В | 1,6 | 2,4 | 3,2 | 4,0 | 2,4 | 3,6 | 4,8 | 6,0 |
Поделив напряжение на силу тока, обнаружим закономерность: | ||||||||
R = U/I | 4 | 4 | 4 | 6 | 6 | 6 | 6 |
Закономерность в том, что вне зависимости от значений напряжения и силы тока их частное остаётся постоянным для каждого резистора. Проверьте: после деления каждого числа строки (U, В) на расположенное над ним число строки (I, А) получаются одинаковые результаты во всех колонках левой половины таблицы: 4 В/А и во всех колонках правой половины таблицы: 6 В/А. Это показывает, что величина
Заметим, что эта закономерность всегда справедлива для металлических проводников в твёрдом или жидком состоянии; для других проводников она справедлива не всегда. Однако величину R, равную отношению U/I, всегда называют электрическим сопротивлением проводника независимо от его материала и состояния, а 1 В/А называют 1 Ом. Следовательно, 1 Ом – сопротивление такого проводника, в котором возникнет ток 1 А, если на концах проводника напряжение 1 В.
Связь между величинами U, I, R обычно записывается в виде формулы, известной как
Закон Ома для участка цепи: сила тока в твёрдом металлическом проводнике прямо пропорциональна приложенному к его концам напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника.
I = | U | I – сила тока в участке цепи, А | |||
R |
Чтобы выяснить, как следует прочитать эту формулу, вспомним знания по алгебре о видах пропорциональности величин.
Пояснение прямой и обратной пропорциональностей величин в законе Ома для участка цепи.
прямая пропорциональность: | Y = k · X | → | I = 1/R · U |
обратная пропорциональность: | Y = k / X | → | I = U / R |
Из первой строки следует: при постоянном сопротивлении величина
Примечание. С точки зрения алгебры, формулу закона Ома можно записать в такой форме: U=I·R. Применим её для изучения цепи, изображённой на схеме. Допустим, клеммы
Источник
Больше интересного в телеграм @calcsboxЧетыре закона ома. Закон Ома для полной электрической цепи
Для электрика и электронщика одним из основных законов является Закон Ома. Каждый день работа ставит перед специалистом новые задачи, и зачастую нужно подобрать замену сгоревшему резистору или группе элементов. Электрику часто приходится менять кабеля, чтобы выбрать правильный нужно «прикинуть» ток в нагрузке, так приходится использовать простейшие физические законы и соотношения в повседневной жизни. Значение Закона Ома в электротехники колоссально, к слову большинство дипломных работ электротехнических специальностей рассчитываются на 70-90% по одной формуле.
Историческая справка
Год открытия Закон Ома — 1826 немецким ученым Георгом Омом. Он эмпирически определил и описал закон о соотношении силы тока, напряжения и типа проводника. Позже выяснилось, что третья составляющая – это не что иное, как сопротивление. Впоследствии этот закон назвали в честь открывателя, но законом дело не ограничилось, его фамилией и назвали физическую величину, как дань уважения его работам.
Величина, в которой измеряют сопротивление, названа в честь Георга Ома. Например, резисторы имеют две основные характеристики: мощность в ваттах и сопротивление – единица измерения в Омах, килоомах, мегаомах и т.д.
Закон Ома для участка цепи
Для описания электрической цепи не содержащего ЭДС можно использовать закон Ома для участка цепи. Это наиболее простая форма записи. Он выглядит так:
Где I – это ток, измеряется в Амперах, U – напряжение в вольтах, R – сопротивление в Омах.
Такая формула нам говорит, что ток прямопропорционален напряжению и обратнопропорционален сопротивлению – это точная формулировка Закона Ома. Физический смысл этой формулы – это описать зависимость тока через участок цепи при известном его сопротивлении и напряжении.
Внимание!
Кроме соотношения электрических величин данная форма нам говорит о том, что график зависимости тока от напряжения в сопротивлении линеен и выполняется уравнение функции:
f(x) = ky или f(u) = IR или f(u)=(1/R)*I
Закон Ома для участка цепи применяют для расчетов сопротивления резистора на участке схемы или для определения тока через него при известном напряжении и сопротивлении. Например, у нас есть резистор R сопротивлением в 6 Ом, к его выводам приложено напряжение 12 В. Необходимо узнать, какой ток будет протекать через него. Рассчитаем:
I=12 В/6 Ом=2 А
Идеальный проводник не имеет сопротивления, однако из-за структуры молекул вещества, из которого он состоит, любое проводящее тело обладает сопротивлением. Например, это стало причиной перехода с алюминиевых проводов на медные в домашних электросетях.
Еще один пример — спирали нагревательных приборов и резисторов обладают большим удельным сопротивлением, т.к. изготавливаются из разных высокоомных металлов, типа нихрома, кантала и пр. Когда носители заряда движутся через проводник, они сталкиваются с частицами в кристаллической решетке, вследствие этого выделяется энергия в виде тепла и проводник нагревается. Чем больше ток – тем больше столкновений – тем больше нагрев.
Чтобы снизить нагрев проводник нужно либо укоротить, либо увеличить его толщину (площадь поперечного сечения). Эту информацию можно записать в виде формулы:
R провод =ρ(L/S)
Где ρ – удельное сопротивление в Ом*мм 2 /м, L – длина в м, S – площадь поперечного сечения.
Закон Ома для параллельной и последовательной цепи
В зависимости от типа соединения наблюдается разный характер протекания тока и распределения напряжений. Для участка цепи последовательного соединения элементов напряжение, ток и сопротивление находятся по формуле:
Это значит, что в цепи из произвольного количества последовательно соединенных элементов протекает один и тот же ток. При этом напряжение, приложенное ко всем элементам (сумма падений напряжения), равно выходному напряжению источника питания. К каждому элементу в отдельности приложена своя величина напряжений и зависит от силы тока и сопротивления конкретного:
U эл =I*R элемента
Сопротивление участка цепи для параллельно соединённых элементов рассчитывается по формуле:
1/R=1/R1+1/R2
Для смешанного соединения нужно приводить цепь к эквивалентному виду. Например, если один резистор соединен с двумя параллельно соединенными резисторами – то сперва посчитайте сопротивление параллельно соединенных. Вы получите общее сопротивление двух резисторов и вам остаётся сложить его с третьим, который с ними соединен последовательно.
Закон Ома для полной цепи
Полная цепь предполагает наличие источника питания. Идеальный источник питания – это прибор, который имеет единственную характеристику:
- напряжение, если это источник ЭДС;
- силу тока, если это источник тока;
Такой источник питания способен выдать любую мощность при неизменных выходных параметрах. В реальном же источнике питания есть еще и такие параметры как мощность и внутреннее сопротивление. По сути, внутреннее сопротивление – это мнимый резистор, установленный последовательно с источником ЭДС.
Формула Закона Ома для полной цепи выглядит похоже, но добавляется внутренне сопротивление ИП. Для полной цепи записывается формулой:
I=ε/(R+r)
Где ε – ЭДС в Вольтах, R – сопротивление нагрузки, r – внутреннее сопротивление источника питания.
На практике внутреннее сопротивление является долями Ома, а для гальванических источников оно существенно возрастает. Вы это наблюдали, когда на двух батарейках (новой и севшей) одинаковое напряжение, но одна выдает нужный ток и работает исправно, а вторая не работает, т. к. проседает при малейшей нагрузке.
Закон Ома в дифференциальной и интегральной форме
Для однородного участка цепи приведенные выше формулы справедливы, для неоднородного проводника необходимо его разбить на максимально короткие отрезки, чтобы изменения его размеров были минимизированы в пределах этого отрезка. Это называется Закон Ома в дифференциальной форме.
Иначе говоря: плотность тока прямо пропорциональной напряжённости и удельной проводимости для бесконечно малого участка проводника.
В интегральной форме:
Закон Ома для переменного тока
При расчете цепей переменного тока вместо понятия сопротивления вводят понятие «импеданс». Импеданс обозначают буквой Z, в него входит активное сопротивление нагрузки R a и реактивное сопротивление X (или R r). Это связано с формой синусоидального тока (и токов любых других форм) и параметрами индуктивных элементов, а также законов коммутации:
- Ток в цепи с индуктивностью не может измениться мгновенно.
- Напряжение в цепи с ёмкостью не может измениться мгновенно.
Таким образом, ток начинает отставать или опережать напряжение, и полная мощность разделяется на активную и реактивную.
X L и X C – это реактивные составляющие нагрузки.
В связи с этим вводится величина cosФ:
Здесь – Q – реактивная мощность, обусловленная переменным током и индуктивно-емкостными составляющими, P – активная мощность (выделяется на активных составляющих), S – полная мощность, cosФ – коэффициент мощности.
Возможно, вы заметили, что формула и её представление пересекается с теоремой Пифагора. Это действительно так и угол Ф зависит от того, насколько велика реактивная составляющая нагрузки – чем её больше, тем он больше. На практике это приводит к тому, что реально протекающий в сети ток больше чем тот, что учитывается бытовым счетчиком, предприятия же платят за полную мощность.
При этом сопротивление представляют в комплексной форме:
Здесь j – это мнимая единица, что характерно для комплексного вида уравнений. Реже обозначается как i, но в электротехнике также обозначается и действующее значение переменного тока, поэтому, чтобы не путаться, лучше использовать j.
Мнимая единица равняется √-1. Логично, что нет такого числа при возведении в квадрат, которого может получиться отрицательный результат «-1».
Как запомнить закон Ома
Чтобы запомнить Закон Ома – можно заучить формулировку простыми словами типа:
Чем больше напряжение – тем больше ток, чем больше сопротивление – тем меньше ток.
Или воспользоваться мнемоническими картинками и правилами. Первая это представление закона Ома в виде пирамиды – кратко и понятно.
Мнемоническое правило – это упрощенный вид какого-либо понятия, для простого и легкого его понимания и изучения. Может быть либо в словесной форме, либо в графической. Чтобы правильно найти нужную формулу – закройте пальцем искомую величину и получите ответ в виде произведения или частного. Вот как это работает:
Вторая – это карикатурное представление. Здесь показано: чем больше старается Ом, тем труднее проходит Ампер, а чем больше Вольт – тем легче проходит Ампер.
Закон Ома – один из основополагающих в электротехнике, без его знания невозможна бОльшая часть расчетов. И в повседневной работе часто приходится переводить или по сопротивлению определять ток. Совершенно не обязательно понимать его вывод и происхождение всех величин – но конечные формулы обязательны к освоению. В заключении хочется отметить, что есть старая шуточная пословица у электриков: «Не знаешь Ома – сиди дома». И если в каждой шутке есть доля правды, то здесь эта доля правды – 100%. Изучайте теоретические основы, если хотите стать профессионалом на практике, а в этом вам помогут другие статьи из нашего сайта.
Нравится(0 ) Не нравится(0 )
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.
Реферат
Закон Ома. История открытия. Различные виды закона Ома.
1. Общий вид закона Ома.
2. История открытия закона Ома, краткая биография ученого.
3. Виды законов Ома.
Закон Ома устанавливает зависимость между силой тока I в проводнике и разностью потенциалов (напряжением) U между двумя фиксированными точками (сечениями) этого проводника:
(1) Коэффициент пропорциональности R , зависящий от геометрических и электрических свойств проводника и от температуры, называется омическим сопротивлением или просто сопротивлением данного участка проводника. Закон Ома был открыт в 1826 нем. физиком Г. Омом.Георг Симон Ом родился 16 марта 1787 года в Эрлангене, в семье потомственного слесаря. После окончания школы Георг поступил в городскую гимназию. Гимназия Эрлангена курировалась университетом. Занятия в гимназии вели четыре профессора. Георг, закончив гимназию, весной 1805 года приступил к изучению математики, физики и философии на философском факультете Эрлангенского университета.
Проучившись три семестра, он принял приглашение занять место учителя математики в частной школе швейцарского городка Готтштадта.
В 1811 году он возвращается в Эрланген, заканчивает университет и получает степень доктора философии. Сразу же по окончании университета ему была предложена должность приват-доцента кафедры математики этого же университета.
В 1812 году Ом был назначен учителем математики и физики школы в Бамберге. В 1817 году он публикует свою первую печатную работу, посвященную методике преподавания “Наиболее оптимальный вариант преподавания геометрии в подготовительных классах”. Ом занялся исследованиями электричества. В основу своего электроизмерительного прибора Ом заложил конструкцию крутильных весов Кулона. Результаты своих исследований Ом оформил в виде статьи под названием “Предварительное сообщение о законе, по которому металлы проводят контактное электричество”. Статья была опубликована в 1825 году в “Журнале физики и химии”, издаваемом Швейггером. Однако выражение, найденное и опубликованное Омом, оказалось неверным, что стало одной из причин его длительного непризнания. Приняв все меры предосторожности, заранее устранив все предполагаемые источники ошибок, Ом приступил к новым измерениям.
Появляется в свет его знаменитая статья “Определение закона, по которому металлы проводят контактное электричество, вместе с наброском теории вольтаического аппарата и мультипликатора Швейггера”, вышедшая в 1826 году в “Журнале физики и химии”.
В мае 1827 года “Теоретические исследования электрических цепей” объемом в 245 страниц, в которых содержались теперь уже теоретические рассуждения Ома по электрическим цепям. В этой работе ученый предложил характеризовать электрические свойства проводника его сопротивлением и ввел этот термин в научный обиход. Ом нашел более простую формулу для закона участка электрической цепи, не содержащего ЭДС: “Величина тока в гальванической цепи прямо пропорциональна сумме всех напряжений и обратно пропорциональна сумме приведенных длин. При этом общая приведенная длина определяется как сумма всех отдельных приведенных длин для однородных участков, имеющих различную проводимость и различное поперечное сечение”.
В 1829 году появляется его статья “Экспериментальное исследование работы электромагнитного мультипликатора”, в которой были заложены основы теории электроизмерительных приборов. Здесь же Ом предложил единицу сопротивления, в качестве которой он выбрал сопротивление медной проволоки длиной 1 фут и поперечным сечением в 1 квадратную линию.
В 1830 году появляется новое исследование Ома “Попытка создания приближенной теории униполярной проводимости”.
Только в 1841 году работа Ома была переведена на английский язык, в 1847 году – на итальянский, в 1860 году – на французский.
16 февраля 1833 года, через семь лет после выхода из печати статьи, в которой было опубликовано его открытие, Ому предложили место профессора физики во вновь организованной политехнической школе Нюрнберга. Ученый приступает к исследованиям в области акустики. Результаты своих акустических исследований Ом сформулировал в виде закона, получившего впоследствии название акустического закона Ома.
Раньше всех из зарубежных ученых закон Ома признали русские физики Ленц и Якоби. Они помогли и его международному признанию. При участии русских физиков, 5 мая 1842 года Лондонское Королевское общество наградило Ома золотой медалью и избрало своим членом.
В 1845 году его избирают действительным членом Баварской академии наук. В 1849 году ученого приглашают в Мюнхенский университет на должность экстраординарного профессора. В этом же году он назначается хранителем государственного собрания физико-математических приборов с одновременным чтением лекций по физике и математике. В 1852 году Ом получил должность ординарного профессора. Ом скончался 6 июля 1854 года. В 1881 году на электротехническом съезде в Париже ученые единогласно утвердили название единицы сопротивления – 1 Ом.
В общем случае зависимость между I и U нелинейна, однако на практике всегда можно в определенном интервале напряжений считать её линейной и применять закон Ома; для металлов и их сплавов этот интервал практически неограничен.
Закон Ома в форме (1) справедлив для участков цепи, не содержащих источников ЭДС. При наличии таких источников (аккумуляторов, термопар, генераторов и т. д.) закон Ома имеет вид:
(2) – ЭДС всех источников, включённых в рассматриваемый участок цепи. Для замкнутой цепи закон Ома принимает вид: (3) – полное сопротивление цепи, равное сумме внешнего сопротивления r и внутреннего сопротивления источника ЭДС. Обобщением закона Ома на случай разветвлённой цепи является правило 2-е Кирхгофа.Закон Ома можно записать в дифференциальной форме, связывающей в каждой точке проводника плотность тока j с полной напряжённостью электрического поля. Потенциальное. электрическое поле напряжённости Е , создаваемое в проводниках микроскопическими зарядами (электронами, ионами) самих проводников, не может поддерживать стационарное движение свободных зарядов (ток), т. к. работа этого поля на замкнутом пути равна нулю. Ток поддерживается неэлектростатическими силами различного происхождения (индукционного, химического, теплового и т.д.), которые действуют в источниках ЭДС и которые можно представить в виде некоторого эквивалентного непотенциального поля с напряженностью E СТ, называемого сторонним. Полная напряженность поля, действующего внутри проводника на заряды, в общем случае равна E + E СТ . Соответственно, дифференциальный закон Ома имеет вид:
или , (4) – удельное сопротивление материала проводника, а – его удельная электропроводность.Закон Ома в комплексной форме справедлив также для синусоидальных квазистационарных токов.
Основным законом электротехники, при помощи которого можно изучать и рассчитывать электрические цепи, является закон Ома, устанавливающий соотношение между током, напряжением и сопротивлением. Необходимо отчетливо понимать его сущность и уметь правильно пользоваться им при решении практических задач. Часто в электротехнике допускаются ошибки из-за неумения правильно применить закон Ома.
Закон Ома для участка цепи гласит: ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.
Если увеличить в несколько раз напряжение, действующее в электрической цепи, то ток в этой цепи увеличится во столько же раз. А если увеличить в несколько раз сопротивление цепи, то ток во столько же раз уменьшится. Подобно этому водяной поток в трубе тем больше, чем сильнее давление и чем меньше сопротивление, которое оказывает труба движению воды.
В популярной форме этот закон можно сформулировать следующим образом: чем выше напряжение при одном и том же сопротивлении, тем выше сила тока и в то же время чем выше сопротивление при одном и том же напряжении, тем ниже сила тока.
Чтобы выразить закон Ома математически наиболее просто, считают, что сопротивление проводника, в котором при напряжении 1 В проходит ток 1 А, равно 1 Ом.
Ток в амперах можно всегда определить, если разделить напряжение в вольтах на сопротивление в омах. Поэтому закон Ома для участка цепи записывается следующей формулой:
I = U/R.
Магический треугольник
Любой участок или элемент электрической цепи можно охарактеризовать при помощи трёх характеристик: тока, напряжения и сопротивления.
Как использовать треугольник Ома: закрываем искомую величину – два других символа дадут формулу для её вычисления. Кстати, законом Ома называется только одна формула из треугольника – та, которая отражает зависимость тока от напряжения и сопротивления. Две другие формулы, хотя и являются её следствием, физического смысла не имеют.
Расчеты, выполняемые с помощью закона Ома для участка цепи, будут правильны в том случае, когда напряжение выражено в вольтах, сопротивление в омах и ток в амперах. Если используются кратные единицы измерений этих величин (например, миллиампер, милливольт, мегаом и т. д.), то их следует перевести соответственно в амперы, вольты и омы. Чтобы подчеркнуть это, иногда формулу закона Ома для участка цепи пишут так:
ампер = вольт/ом
Можно также рассчитывать ток в миллиамперах и микроамперах, при этом напряжение должно быть выражено в вольтах, а сопротивление – в килоомах и мегаомах соответственно.
Другие статьи про электричество в простом и доступном изложении:
Расчет напряжения с помощью закона Ома можно показать на следующем примере. Пусть через участок цепи с сопротивлением 10 кОм проходит ток 5 мА и требуется определить напряжение на этом участке.
Умножив I = 0,005 А на R -10000 Ом, получим напряжение,равное 5 0 В. Можно было бы получить тот же результат, умножив 5 мА на 10 кОм: U = 50 В
В электронных устройствах ток обычно выражается в миллиамперах, а сопротивление – в килоомах. Поэтому удобно в расчетах по закону Ома применять именно эти единицы измерений.
По закону Ома рассчитывается также сопротивление, если известно напряжение и ток. Формула для этого случая пишется следующим образом: R = U/I.
Сопротивление всегда представляет собой отношение напряжения к току. Если напряжение увеличить или уменьшить в несколько раз, то ток увеличится или уменьшится в такое же число раз. Отношение напряжения к току, равное сопротивлению, остается неизменным.
Не следует понимать формулу для определения сопротивления в том смысле, что сопротивление данного проводника зависит оттока и напряжения. Известно, что оно зависит от длины, площади сечения и материала проводника. По внешнему виду формула для определения сопротивления напоминает формулу для расчета тока, но между ними имеется принципиальная разница.
Ток в данном участке цепи действительно зависит от напряжения и сопротивления и изменяется при их изменении. А сопротивление данного участка цепи является величиной постоянной, не зависящей от изменения напряжения и тока, но равной отношению этих величин.
Когда один и тот же ток проходит в двух участках цепи, а напряжения, приложенные к ним, различны, то ясно, что участок, к которому приложено большее напряжение, имеет соответственно большее сопротивление.
А если под действием одного и того же напряжения в двух разных участках цепи проходит различный ток, то меньший ток всегда будет на том участке, который имеет большее сопротивление. Все это вытекает из основной формулировки закона Ома для участка цепи, т. е. из того, что ток тем больше, чем больше напряжение и чем меньше сопротивление.
Расчет сопротивления с помощью закона Ома для участка цепи покажем на следующем примере. Пусть требуется найти сопротивление участка, через который при напряжении 40 В проходит ток 50 мА. Выразив ток в амперах, получим I = 0,05 А. Разделим 40 на 0,05 и найдем, что сопротивление составляет 800 Ом.
Закон Ома можно наглядно представить в виде так называемой вольт-амперной характеристики . Как известно, прямая пропорциональная зависимость между двумя величинами представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат. Такую зависимость принято называть линейной .
На рис. 2
показан в качестве примера график закона Ома для участка цепи с сопротивлением 100 Ом. По горизонтальной оси отложено напряжение в вольтах, а по вертикальной оси – ток в амперах. Масштаб тока и напряжения может быть выбран каким угодно. Прямая линия проведена так, что для любой ее точки отношение напряжения к току равно 100 Ом. Например, если U = 50 В, то I
= 0,5 А и R = 50: 0,5 = 100 Ом.
Рис. 2 . Закон Ома (вольт-амперная характеристика)
График закона Ома для отрицательных значений тока и напряжения имеет такой же вид. Это говорит о том, что ток в цепи проходит одинаково в обоих направлениях. Чем больше сопротивление, тем меньше получается ток при данном напряжении и тем более полого идет прямая.
Приборы, у которых вольт-амперная характеристика является прямой линией, проходящей через начало координат, т. е. сопротивление остается постоянным при изменении напряжения или тока, называются линейными приборами . Применяют также термины линейные цепи, линейные сопротивления.
Существуют также приборы, у которых сопротивление изменяется при изменении напряжения или тока. Тогда зависимость между током и напряжением выражается не по закону Ома, а более сложно. Для таких приборов вольт-амперная характеристика не будет прямой линией, проходящей через начало координат, а является либо кривой, либо ломаной линией. Эти приборы называются нелинейными .
Мнемоническая диаграмма для закона Ома
Здравствуйте, уважаемые читатели сайта «Заметки электрика»..
Сегодня открываю новый раздел на сайте под названием .
В этом разделе я постараюсь в наглядной и простой форме объяснить Вам вопросы электротехники. Скажу сразу, что далеко углубляться в теоретические знания мы не будем, но вот с основами познакомимся в достаточном порядке.
Первое, с чем я хочу Вас познакомить, это с законом Ома для участка цепи. Это самый основной закон, который должен знать каждый .
Знание этого закона позволит нам беспрепятственно и безошибочно определять значения силы тока, напряжения (разности потенциалов) и сопротивления на участке цепи.
Кто такой Ом? Немного истории
Закон Ома открыл всем известный немецкий физик Георг Симон Ом в 1826 году. Вот так он выглядел.
Всю биографию Георга Ома я рассказывать Вам не буду. Про это Вы можете узнать на других ресурсах более подробно.
Скажу только самое главное.
Его именем назван самый основной закон электротехники, который мы активно применяем в сложных расчетах при проектировании, на производстве и в быту.
Закон Ома для однородного участка цепи выглядит следующим образом:
I – значение тока, идущего через участок цепи (измеряется в амперах)
U – значение напряжения на участке цепи (измеряется в вольтах)
R – значение сопротивления участка цепи (измеряется в Омах)
Если формулу объяснить словами, то получится, что сила тока пропорциональная напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи.
Проведем эксперимент
Чтобы понять формулу не на словах, а на деле, необходимо собрать следующую схему:
Цель этой статьи — это показать наглядно, как использовать закон Ома для участка цепи. Поэтому я на своем рабочем стенде собрал эту схему. Смотрите ниже как она выглядит.
С помощью ключа управления (избирания) можно выбрать, либо постоянное напряжение, либо переменное напряжение на выходе. В нашем случае используется постоянное напряжения. Уровень напряжения я меняю с помощью лабораторного автотрансформатора (ЛАТР).
В нашем эксперименте я буду использовать напряжение на участке цепи, равное 220 (В). Контроль напряжения на выходе смотрим по вольтметру.
Теперь мы полностью готовы провести самостоятельно эксперимент и проверить закон Ома в действительности.
Ниже я приведу 3 примера. В каждом примере мы будем определять искомую величину 2 методами: с помощью формулы и практическим путем.
Пример № 1
В первом примере нам нужно найти ток (I) в цепи, зная величину источника постоянного напряжения и величину сопротивления светодиодной лампочки.
Напряжение источника постоянного напряжения составляет U = 220 (В) . Сопротивление светодиодной лампочки равно R = 40740 (Ом) .
С помощью формулы найдем ток в цепи:
I = U/R = 220 / 40740 = 0,0054 (А)
Подключаем последовательно светодиодной лампочке , включенный в режиме амперметр, и замеряем ток в цепи.
На дисплее мультиметра показан ток цепи. Его значение равно 5,4 (мА) или 0,0054 (А), что соответствует току, найденному по формуле.
Пример № 2
Во втором примере нам нужно найти напряжение (U) участка цепи, зная величину тока в цепи и величину сопротивления светодиодной лампочки.
I = 0,0054 (А)
R = 40740 (Ом)
С помощью формулы найдем напряжение участка цепи:
U = I*R = 0,0054 *40740 = 219,9 (В) = 220 (В)
А теперь проверим полученный результат практическим путем.
Подключаем параллельно светодиодной лампочке мультиметр, включенный в режиме вольтметр, и замеряем напряжение.
На дисплее мультиметра показана величина измеренного напряжения. Его значение равно 220 (В), что соответствует напряжению, найденному по формуле закона Ома для участка цепи.
Пример № 3
В третьем примере нам нужно найти сопротивление (R) участка цепи, зная величину тока в цепи и величину напряжения участка цепи.
I = 0,0054 (А)
U = 220 (В)
Опять таки, воспользуемся формулой и найдем сопротивление участка цепи:
R = U/ I = 220/0,0054 = 40740,7 (Ом)
А теперь проверим полученный результат практическим путем.
Сопротивление светодиодной лампочки мы измеряем с помощью или мультиметра.
Полученное значение составило R = 40740 (Ом) , что соответствует сопротивлению, найденному по формуле.
Как легко запомнить Закон Ома для участка цепи!!!
Чтобы не путаться и легко запомнить формулу, можно воспользоваться небольшой подсказкой, которую Вы можете сделать самостоятельно.
Нарисуйте треугольник и впишите в него параметры электрической цепи, согласно рисунка ниже. У Вас должно получится вот так.
Как этим пользоваться?
Пользоваться треугольником-подсказкой очень легко и просто. Закрываете своим пальцем, тот параметр цепи, который необходимо найти.
Если оставшиеся на треугольнике параметры расположены на одном уровне, то значит их необходимо перемножить.
Если же оставшиеся на треугольнике параметры расположены на разном уровне, то тогда необходимо разделить верхний параметр на нижний.
С помощью треугольника-подсказки Вы не будете путаться в формуле. Но лучше все таки ее выучить, как таблицу умножения.
Выводы
В завершении статьи сделаю вывод.
Электрический ток — это направленный поток электронов от точки В с потенциалом минус к точке А с потенциалом плюс. И чем выше разность потенциалов между этими точками, тем больше электронов переместится из точки В в точку А, т.е. ток в цепи увеличится, при условии, что сопротивление цепи останется неизменным.
Но сопротивление лампочки противодействует протеканию электрического тока. И чем больше сопротивление в цепи (последовательное соединение нескольких лампочек), тем меньше будет ток в цепи, при неизменном напряжении сети.
P.S. Тут в интернете нашел смешную, но поясняющую карикатуру на тему закона Ома для участка цепи.
Закон Ома для участка цепи
Тема урока по физике (10 класс)
«Закон Ома для участка цепи»
Цель урока:
Образовательная: формирование представлений о зависимости силы тока от напряжения на участке цепи и его сопротивления; механизме протекающих при этом процессов в проводнике под действием сил электрического поля.
Развивающая: развивать умение наблюдать, сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты экспериментов; продолжить формирование умений пользоваться теоретическими и экспериментальными методами физической науки для обоснования выводов по изучаемой теме и для решения задач.
Воспитательная цель: развивать познавательный интерес к предмету, тренировка рационального метода запоминания формул; показать роль физического эксперимента и физической теории в изучении физических явлений.
Тип урока: Изложение нового материала.
Вид урока: Беседа, рассказ.
Оборудование: Демонстрационные амперметр и вольтметр, источник тока В-24, ключ, соединительные провода.
Задачи урока:
усвоить, что сила тока прямо пропорциональна напряжению на концах проводника, если при этом сопротивление проводника не меняется;
усвоить, что сила тока на участке цепи обратно пропорциональна его сопротивлению, если при этом напряжение остается постоянным;
знать закон Ома для участка цепи;
уметь наблюдать, сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты демонстрационного эксперимента;
уметь определять силу тока, напряжения по графику зависимости между этими величинами и по нему же – сопротивление проводника;
уметь применять закон Ома для участка цепи при решении задач.
План урока:
Ход урока:
На предыдущем уроке мы говорили о физических величинах: сила тока, напряжение, сопротивление. Давайте дадим небольшую характеристику каждой из этих величин по плану:
Назвать величину, определение.
Что характеризует величина?
Как обозначается?
В каких единицах измеряется?
Три ученика выходят к доске и вытягивают название величины и дают их характеристики:
Итак, ребята, скажите какие физические величины определяют электрический ток в цепи?
Сила тока, напряжение, сопротивление.
Скажите, существует ли зависимость между силой тока и напряжением?
Как она называется?
Прямо пропорциональная.
Правильно.
На сегодняшнем уроке нам необходимо решить следующую задачу:
выяснить, как зависит сила тока на участке цепи от приложенного напряжения и величины сопротивления одновременно. Это является главной целью нашего урока.
Итак, работу на сегодняшнем уроке будем проводить по этапам.
Сначала установим зависимость силы тока от напряжения, запишем математически эту зависимость и проверим на опыте.
Второй этап будет состоять в установлении зависимости между силой тока и сопротивлением, при постоянном напряжении; запишем результаты в таблицу, сделаем вывод о характере этой зависимости.
На третьем этапе мы совместно сделаем общий вывод о том, как зависит сила тока одновременно от напряжения и сопротивления, т.е. решим основную задачу урока.
Ребята, зависимость силы тока от напряжения и сопротивления, с которой мы сегодня познакомимся, была впервые установлена немецким ученым Георгом Омом в 1827 году, и поэтому носит название закона Ома для участка цепи.
Откройте тетради и попробуйте записать тему урока:
– «Закон Ома для участка цепи».
Давайте по схеме, указанной на доске, соберем цепь . Посмотрим, как же все-таки устанавливается эта зависимость между I, U и R.
Итак, сила тока прямо пропорциональна напряжению. А так ли это?
Убедимся в этом на опыте.
На демонстрационной столе собрана цепь:
вольтметр
сопротивление
ключ
источник тока
Подаю напряжение на концы проводника 4В. Какую силу тока показывает амперметр? 0,4А.
Я увеличу напряжение до– 6В.
Изменились ли показания амперметра?
Да, сила тока в цепи 0,6А.
Т.е. увеличивая напряжение, сила тока тоже увеличилась .
Запишем полученные результаты в таблице.
Вывод: I ~ U.
А что мы можем сказать о сопротивлении проводника. Изменилась оно или нет?
Нет, оно постоянно:
R= cons t.
Итак, экспериментально мы доказали, что I ~ U, при R=cons t.
Теперь перейдем ко второму этапу наших рассуждений, т.е. установим зависимость между силой тока и сопротивлением.
Ребята, подумайте и скажите: будет ли одинаковой сила тока в проводнике с большим сопротивлением и в проводнике с маленьким сопротивлением?
Конечно, сила тока будет разная.
А в каком случае сила тока будет меньше?
Где больше R.
Итак, давайте убедимся в этом на опыте. Так как в этом случае мы будем устанавливать зависимость между I и R, то U=const. Начертим таблицу в тетрадь и будем ее заполнять по ходу опыта.
Сейчас в цепь включен проводник сопротивлением 0,4 Ом, подано напряжение 4В. Какой ток в цепи?
Увеличим сопротивление в 2 раза, не меняя напряжение, какой ток в цепи сейчас?
5 А
Итак, глядя на таблицу, что можно сказать о зависимости между силой тока и сопротивлением?
Эта зависимость обратно пропорциональная.
Вывод: I ~ 1/R
Итак, вот мы и подошли к третьему этапу.
Здесь мы должны сделать общий вывод о том, как зависит сила тока одновременно от U и R.
Мы уже знаем две зависимости. И теперь мы объединим эти зависимости в одну формулу. Мы получим с вами один из основных законов электрического тока, который называется законом Ома:
Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна сопротивлению этого же участка.
Пользуясь этим законом, мы можем рассчитать силу тока, зная напряжение и сопротивление, то есть, зная две величины мы всегда можем найти третью.
Итак, ребята, между какими величинами устанавливает зависимость закон Ома?
Как зависит сила тока от напряжения?
Как зависит сила тока от сопротивления?
Как формулируется закон Ома?
И в заключении нашего урока давайте решим такую задачу.
Н
I, A
а графике изображены зависимости силы тока от напряжения для проводников А и В. какой из этих проводников обладает большим сопротивлением?У проводника В при U=6B, I=1A.
У проводника А при U=6B, I=3A.
По закону Ома, чем больше сила тока, тем меньше сопротивление. Следовательно, проводник В обладает большим сопротивлением.
Ребята, что сегодня вы узнали на уроке?
Домашнее задание:
Закон Ома для участка цепи. Сопротивление
На прошлом уроке мы с вами говорили об электрическом токе и его действиях. Очевидно, что различные действия тока зависят от силы протекающего тока. Напомним, что силой тока мы с вами назвали физическую величину, численно равную заряду, прошедшему через поперечное сечение проводника за единицу времени.
Таким образом, регулировать действия тока можно изменяя силу тока. Но для того чтобы получить возможность управлять током в цепи, нужно знать, от чего и как он зависит. Для установления этой зависимости возьмём резистор, который подключим в цепь с источником тока, выходное напряжение между клеммами которого можно регулировать. С помощью последовательно включённого амперметра и параллельно резистору вольтметра будем измерять силу тока и напряжение на спирали резистора.
Меняя выходное напряжение в целое число раз, мы заметим, что изменяется и ток в цепи, и напряжение на концах проводника. При этом во сколько раз увеличивается напряжение на концах данного проводника, во столько же раз увеличивается и ток в нём.
Если взять другой проводник и повторить с ним те же самые опыты, то мы увидим, что ток и в этом проводнике строго пропорционален напряжению на концах проводника.
Обозначая напряжение на концах проводника через U, а ток — через I, можно записать, что сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению:
I = GU.
В этой формуле величина G зависит от свойств проводника: чем больше G тем больше и ток в проводнике при одном и том же напряжении. Но для данного проводника при всех значениях тока и напряжения величина этого коэффициента остаётся постоянной и равной отношению силы тока к напряжению (при условии, что температура проводника не меняется):
Следовательно, данная величина характеризует свойство данного проводника. Её назвали электропроводностью или просто проводимостью проводника. Единица электропроводности в Си названа сименсом (См), в честь немецкого учёного и предпринимателя Вернера фон Сименса.
Величина, обратная проводимости, называется сопротивлением проводника.
Давайте вспомним, что электрическое сопротивление — это скалярная физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока в нём.
Выражая в предыдущей формуле проводимость через сопротивление, получаем, что сила тока в данном участке цепи, прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна его сопротивлению.
Этот закон впервые был открыт в тысяча восемьсот двадцать шестом (1826) году немецким учёным Генри Омом и называется законом Ома для участка цепи.
Как и всякую закономерность, закон Ома можно представить графически в виде так называемой вольт-амперной характеристики проводника, то есть зависимости силы тока в проводнике от напряжения на его концах.
Как видим, график подтверждает прямую пропорциональную зависимость силы тока в проводнике от приложенного к нему напряжения.
Зная величину напряжения на концах проводника и ток в нём, по закону Ома можно вычислить сопротивление проводника, как отношение напряжения на концах проводника к силе тока в проводнике:
Из этой формулы можно вывести единицу сопротивления. Итак, за единицу сопротивления принимают сопротивление такого проводника, по которому проходит ток 1 А при напряжении на концах проводника 1 В. Эта единица сопротивления называется омом.
Для измерения сопротивления проводников необходимо было прежде всего выбрать образец, или, как принято называть, эталон сопротивления. В 1860 году Вернер Сименс предложил в качестве эталона ома принять сопротивление столбика ртути длиной 106,3 см, имеющего по всей длине постоянное сечение, равное 1 мм2, при температуре таяния льда.
В 1908 году Международный съезд электриков в Лондоне одобрил этот эталон и назвал его международным омом.
Стандарт ртутного столба применялся вплоть до 1948 года. В этом году на Генеральной конференции по мерам и весам ом был переопределён в абсолютном выражении, а не как стандарт эталона.
Следует отметить, что один ом — это достаточно маленькое сопротивление. Даже у спиралей обычных электроламп оно составляет сотни ом. Поэтому часто сопротивление выражают в килоомах (1 кОм = 103 Ом) и мегаомах (1 МОм = 106 Ом).
Набор образцовых сопротивлений, с которыми можно сравнивать измеряемые сопротивления, называется магазином сопротивлений. На рисунке вы видите устройство такого прибора.
В его верхней части имеется группа металлических пластин, которые можно соединять друг с другом вставляемыми между ними штырями. К пластинам подключены металлические спирали с определёнными сопротивлениями. Если прибор включён в цепь крайними клеммами и штыри между пластинами вынуты, то ток идёт последовательно через все спиральки. Вынимая тот или иной штырь или группу штырей, мы можем при помощи магазина получить различные сопротивления в зависимости от величины сопротивления спиралей, имеющихся в магазине.
Исходя из определения сопротивления кажется, что оно зависит от силы тока и напряжения. Однако это не так. Чтобы понять от чего зависит сопротивление проведём несколько простых опытов с панелью сопротивлений.
Итак, включим в цепь источника тока половинку верхнего провода и измерим амперметром ток в цепи. Теперь подключим весь провод. Мы замечаем, что ток в цепи становится слабее. Причём слабее почти в два раза. Если взять более толстую проволоку (в нашем случае — это два верхних провода, сложенных вместе), то, как видим, ток в цепи становится в два раза сильнее. Наконец подключим самую нижнюю проволоку, изготовленную из железа, размеры которой такие же, что и у самой верхней проволоки. Легко заметить, что при одном и том же напряжении по железной проволоке идёт значительно меньший ток. Следовательно, проводники одинаковых размеров, но изготовленные из различных материалов, обладают неодинаковым сопротивлением.
Обобщив результаты наших опытов, мы можем утверждать, что: сопротивление проводника прямо пропорционально его длине, обратно пропорционально площади поперечного сечения и зависит от вещества, из которого этот проводник изготовлен.
Сопротивление проводника зависит также от его температуры (но об этом в следующий раз).
Величина, обозначенная греческой буквой ρ, характеризует электрические свойства проводника. Она называется удельным сопротивлением проводника. Её численное значение зависит от единиц, в которых измерена длина и сечение проводника. В системе СИ единицей удельного сопротивления служит ом-метр, (Ом ∙ м).
Таким образом, удельное сопротивление проводника — скалярная физическая величина, численно равная сопротивлению однородного цилиндрического проводника, изготовленного из данного вещества и имеющего длину 1 м и площадь поперечного сечения 1 м2 (или сопротивлению куба с ребром 1 м).
В приводимой таблице указаны удельные сопротивления проводников для некоторых веществ при температуре 20 °С.
Наименьшим удельным сопротивлением, как видно из таблицы, обладают химически чистые серебро и медь. Металлические сплавы имеют значительно большее удельное сопротивление, чем чистые металлы, из которых состоят эти сплавы. А удельные сопротивления диэлектриков просто огромны.
В настоящее время большое применение в технике находят твёрдые вещества, механизм электрической проводимости у которых иной, чем у металлов, электролитов и газов. Такие вещества называются полупроводниками (но о них мы с вами будем говорить в ближайшее время). А сейчас, для закрепления материала, решим с вами такую задачу. Предположим, что у нас есть два цилиндрических проводника из одного и того же металла, которые имеют одинаковую массу, но диаметр второго проводника в 3 раза больше, чем первого. Во сколько раз будут отличаться силы тока в проводниках, если их подключить к одинаковым источникам тока?
Закон Ома для участка цепи. 8-й класс
Цель урока: Обобщить знания учащихся об электрическом токе и напряжении и установить на опыте зависимость силы тока от напряжения на однородном участке электрической цепи и от сопротивления этого участка, вывести закон Ома для участка цепи.
Задачи урока:
- обучающие:
- закрепление понятия сила тока, напряжение, сопротивление;
- вывести зависимость между силой тока, напряжением и сопротивлением участка цепи.
- закон Ома для участка цепи.
- примеры на расчёт силы тока, напряжения и сопротивления проводника.
- развивающие:
- развивать умения наблюдать, сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты экспериментов;
- продолжить формирование умений пользоваться теоретическими и экспериментальными методами физической науки для обоснования выводов по изучаемой теме и для решения задач.
- воспитательные: развитие познавательного интереса к предмету, тренировка рационального метода запоминания формул, развитие аккуратности, умения организовывать свою работу в определённом промежутке времени.
Тип и структура урока: урок изучения нового материала с применением практических навыков учащихся.
Этапы урока:
- Организационный момент. Постановка задач урока.
- Проверка д/з.
- Актуализация знаний.
- Изучение нового материала с помощью лабораторного исследования.
- Закрепление изученного материала с использованием презентации, решения задач.
- Постановка дз и инструктаж.
- Итоги урока.
- Рефлексия.
Ход урока
1. Организационный этап. (Самоопределение к деятельности)Цель: Проверить готовность обучающихся, их настрой на работу.
– Здравствуйте, ребята! Я рад вас сегодня видеть! Посмотрите друг на друга. Улыбнитесь, пошлите друг другу положительные эмоции! Выберите ту мордашку, которая соответствует вашему настроению в данный момент времени. У вас на столе лежат оценочные листки (приложение 1), куда вы будете вносить оценки за все ваши действия, а в конце выставите итоговую оценку за урок.
– Итак, на предыдущем уроке мы с вами изучили основные характеристики электрического тока, какие?
– Сила тока, напряжение, и сопротивление.
– Также установили зависимость между силой тока и напряжением. Какая это зависимость?
– Чем больше напряжение, тем больше сила тока, и наоборот: чем меньше напряжение, тем меньше сила тока.
– Правильно! А как называется такая зависимость?
– Прямая зависимость!
– Верно! И графиком этой зависимости будет прямая! Но ведь у нас еще есть третья величина – сопротивление. И мы не знаем, как связаны эти величины. Как вы думаете, какова цель нашего сегодняшнего урока?
– Выяснить зависимость между тремя величинами: силой тока, напряжением и сопротивлением.
– Все верно! Цель урока мы с вами поставили. И эту зависимость мы будем искать опытным путем.
2. Актуализация опорных знаний«Вызов» (Фронтальная работа с классом)
Цель: подвести учащихся к формулировке темы урока.
– Чтобы узнать тему нашего сегодняшнего урока, давайте решим кроссворд (приложение 2) и отгадаем выделенное слово по вертикали. Каждый выполняет эту работу самостоятельно, а потом мы проверим.
Вопросы к кроссворду:
- Бывает положительным, бывает отрицательным. (Заряд)
- Как включают вольтметр в цепь? (Параллельно)
- Единица измерения электрического заряда (количества электричества) в Международной системе единиц (СИ). (Кулон)
- Упорядоченное движение заряженных частиц. (Ток)
- Физическая величина, характеризующая электрическое поле, которое создаёт ток. (Напряжение)
- Единица напряжения. (Вольт)
- Прибор для измерения напряжения. (Вольтметр)
- Прибор для измерения силы тока. (Амперметр)
– Какое выражение мы получили?
– Закон Ома.
Итак, тема нашего сегодняшнего урока – Закон Ома. А почему он так называется, мы узнаем, открыв учебник на стр.101.(Один из учащихся читает про Георга Ома, остальные следят)
– Откройте тетради и запишите тему урока: «Закон Ома для участка цепи».
3. Изучение нового материала
«Экспериментально-исследовательская работа» (Работа в группах)
Цель: Выяснить экспериментальным путем зависимость силы тока на участке цепи от сопротивления проводника.
– Для того чтобы найти зависимость между тремя величинами. Мы разделимся на 2 группы. Первая группа выяснит, как зависит сила тока от напряжения на участке цепи при постоянном сопротивлении этого участка, вторая – как сила тока зависит от сопротивления проводника, при постоянном напряжении на его концах. А затем мы совместно сделаем общий вывод о том, как зависит сила тока одновременно от напряжения и сопротивления, т.е. решим основную задачу урока.
На столах у вас есть все необходимое оборудование, а также схемы, инструкции по выполнению эксперимента и таблицы, которые необходимо заполнить. (приложение 3). Не забываем про технику безопасности при работе с электроприборами.
Итак:
- На рабочем месте провода располагайте аккуратно, плотно соединяйте клеммы с приборами.
- После сборки всей электрической цепи, не включайте до тех пор, пока всё не проверит учитель.
- Все изменения в электрической цепи можно проводить только при выключенном источнике электропитания.
- По окончании работ отключите источник электропитания и разберите электрическую цепь.
1 группа
Инструкция по выполнению исследования
1. Собрать схему, представленную на рисунке
2. Изменяя напряжение в цепи (сначала подключить в цепь 1 батерею, затем 2 и 3 соответсвенно), заполнить таблицу.
U, B
I, A
R, Ом
2
2
2
3. Построить график зависимости силы тока от напряжения.
2 группа
Инструкция по выполнению исследования
1. Собрать схему, представленную на рисунке
2. Изменяя сопротивление в цепи (сначала подключить в цепь сопротивление 1 Ом, затем, 2 Ом, 4 Ом и 6 Ом соответсвенно), заполнить таблицу.
U, B | I, A | R, Ом |
const |
|
|
const |
|
|
const |
|
|
const |
|
|
3. Построить график зависимости силы тока от сопротивления.
(Таблица и график каждой группы выводится на интерактивную доску через документ-камеру)
Послушаем выводы 1 группы: С увеличением напряжения сила тока в проводнике возрастает при постоянном сопротивлении, т.е. при R = const, U↑I ↑. Следовательно, I ~ U.
Послушаем ↑С увеличением сопротивления проводника сила тока уменьшается, т.е. при U = const, R↑ I↓. Следовательно, I ~ 1/R.
– Тогда сможем записать:
Мы с вами получили математическую запись закона Ома, который читается так: “Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению”.
– Для чего же необходимо знать закон Ома? Пользуясь этим законом, мы можем рассчитать силу тока, зная напряжение и сопротивление, то есть, зная две величины, мы всегда можем найти третью. Для запоминания формулы закона Ома и последующего его применения для решения задач лучше пользоваться магическим домиком.
4. Первичное закрепление нового материалаЦель: проверка уровня усвоения материала и умения применять изученное на практике.
Вернемся к закону, который мы получили, и посмотрим, как его можно применять для расчета одной величины, зная две другие.
Задача № 1. Сопротивление тела рыбы в среднем равно 180 (Ом), напряжение, вырабатываемое электрическим скатом 60 В. Установите какое значение имеет для него сила тока?
Дано:
R=180 Ом
U=60 В
Найти:
I – ?
Решение.
I = U/R,
I=180 В/60 (Ом)= 3 А
Ответ: I=3 А
Задача № 2. Сила тока в спирали электрической лампы 0,7 А, сопротивление лампы 310 (Ом). Определите напряжение, под которым находится лампа.
Дано:
I=0,7 А R=310 Ом
Найти:
U – ?
Решение.
I = U/R, U=I∙R
U=0,7 А∙310 (Ом) = 217 В
Ответ: U=217 В
Задача №3. Какое сопротивление имеет тело человека от ладони одной руки до ладони другой, если при напряжении 200 В по нему течет ток силой 2А?
Дано:
U=200 В
I=2 А
Найти:
R – ?
Решение.
I = U/R, R=U/I
R=200 В/2 А= 100 (Ом)
Ответ: R=100 (Ом)
– Чтобы наш труд на уроке не прошел даром, материал нужно будет закрепить дома. Откройте дневники и запишите домашнее задание.
5. Инструктаж по выполнению домашнего заданияЦель: закрепление нового материала, вовлечение учащихся в творческую деятельность.
Домашнее задание:
1. § 44,
2. упр.19 (4,5)
6. Подведение итогов урокаЦель: Соотнесение поставленных целей достигнутым результатам.
– Ребята, сегодня на уроке вы познакомились с одним из важных законов при изучении электрических явлениях “Закон Ома для участка цепи”. Научились на основе фактов, выдвижения гипотезы, предлагаемой модели, устанавливать зависимость физических величин путем проведения эксперимента. Мне бы хотелось бы узнать:
1. Что понравилось на уроке?
2. Что бы вы хотели выполнить ещё раз?
Поставьте себе оценки в оценочный лист, и мы увидим, справились ли вы с поставленной задачей на уроке.
Закон Ома для участка цепи
1. Закон Ома для участка цепи
Цель урока:установить зависимость между силой тока,
напряжением на участке цепи и сопротивлением
этого участка.
2. Основные величины, характеризующие электрическую цепь.
НазваниеНапряжение
Сила тока
Что
характеризует?
Обозначение
Характеризует
электрическое
поле.
U
Характеризует
электрический
ток в проводнике.
I
Сопротивление Характеризует
сам проводник.
R
Единицы
измерения
вольт
[В]
ампер
[А]
ом
[Ом]
3. Вопрос первый: Как зависит сила тока в цепи от напряжения при постоянном сопротивлении?
U, BI, A
R, Oм
const
const
const
1. Собрать схему, представленную на рисунке.
2. Изменяя реостатом силу тока в цепи, найти соответствующее
значение напряжения и заполнить таблицу.
3. Построить график зависимости силы тока от напряжения.
4. Вопрос второй: Как зависит сила тока в цепи от сопротивления при постоянном напряжении?
U, BI, A
R, Oм
const
const
const
1. Собрать схему, представленную на рисунке.
2. Изменяя сопротивление участка цепи R, найти
соответствующую силу тока и заполнить таблицу.
3. Построить график зависимости силы тока от сопротивления.
5. Выводы:
Первая группа –R = const, I~ U
Вторая группа –
U = const, I ~ 1/R.
6. Тогда сможем записать
R const , I ~ UU
I
1
R
U const , I ~
R
7. Это выражение называется законом Ома для участка цепи
UI
R
Сила тока на участке цепи прямо
пропорциональна напряжению на концах
этого участка и обратно пропорциональна
его сопротивлению
8. Удобно запомнить!
UI
R
9. Георг Ом (1787-1854)
Родился 16 марта 1787 года в семье слесаря. Отецпридавал 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.
10. Решим задачу
На рисунке изображены графики зависимости силы тока от напряжениядля двух проводников А и В. Какой из этих проводников обладает
большим сопротивлением?
11. Домашнее задание
1. Прочитать и ответить навопросы § 44.
2. Выполнить упражнение 19
Электрический ток. Закон Ома для участка цепи
1. Электрический ток. Закон Ома для участка цепи
2. Цели обучения
• -10.4.2.1 – использования закона Ома дляучастка цепи;
3. Цель учащихся
• уметь пользоваться теоретическими иэкспериментальными методами физической
науки для обоснования выводов по
изучаемой теме
4. Расставьте буквы “по местам ” так, чтобы получить названия этих единиц измерения.
Расставьте буквы “по местам ” так, чтобы получить названия этихединиц измерения.
• 1) рамеп;
• 2) лонук.
• 1) Ампер
• 2) Кулон
Каким величинам они соответствуют?
5. Охарактеризовать физические величины.
• Сила тока6. Ампер Андре-Мари
Французский физик,который создал
первую теорию,
связавшую
электрические и
магнитные
явления, и ввел
понятие
электрический ток.
7. Охарактеризовать физические величины.
• Напряжение8. Алессандро Вольта
Итальянский физик,создавший первый
гальванический
элемент.
9. тема урока:
• «Закон Ома для участка цепи».10. Георг Ом
Немецкий физик,открывший закон,
который связывает
основные
характеристики
электрического
тока.
11. Установим зависимость между I,R. U –постоянно.
1.2.
3.
4.
собрать цепь по схеме;
данные опыта занести в таблицу;
отметить значения I и R на
координатных осях;
сделать вывод.
U=
R=
I=
U=
R=
I=
U=
R=
I=
R ? I?
12. итоги
U= 4ВR= 1Ом
I= 4А
U=4В
R= 2Ом
I= 2А
U=4В
R= 4Ом
I= 1А
R ? I?
В цепь включен проводник сопротивлением 1 Ом, подано напряжение
4В. Какой ток в цепи?
(4 А)
Увеличим сопротивление в 2 раза, не меняя напряжение, какой ток в
цепи сейчас?
(2 А)
Увеличим сопротивление еще в 2 раза, не меняя напряжение, какой ток в
цепи?
(1 А)
зависимости между силой тока и сопротивлением?
(обратно пропорциональная)
I ~ 1/R
13. зависимость силы тока «I» от напряжения «U» при постоянном сопротивлении «R»
––
–
–
Собрать цепь по схеме:
сказать из чего состоит цепь:
данные опыта занести в таблицу;
отметить значения I и U на
координатных осях
– сделать вывод
U=
I=
R=
U=
I=
R=
U=
I=
R=
U ? I?
14. Итоги
U= 4ВI= 0,4А
R= 10 Ом
U= 6 В
I= 0,6А
R= 10 Ом
U= 8В
I= 0,8А
R= 10 Ом
U ? I?
Подаю напряжение на концы проводника 4В. Какую силу тока
показывает амперметр?
(0,4А)
Я увеличу напряжение до 6В. Изменились ли показания
амперметра?
(Да, сила тока в цепи увеличилась до 0,6А.)
Увеличиваю напряжение до 8 В, что вы увидели на амперметре?
(0,8 А )
Какова зависимость между силой тока и напряжением?
(Эта зависимость прямо пропорциональная.)
А что скажите о сопротивлении проводника? Изменилась оно или нет?
(Нет, оно постоянно: R = cons t)
Итак, экспериментально мы доказали, что I ~ U, при R=cons t
15. закон Ома
Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах
этого участка и обратно пропорциональна сопротивлению этого же участка.
Вопросы;
Между какими величинами устанавливает связь физический закон?
Как сила тока зависит от напряжения?
Как сила тока зависит от сопротивления?
16. Проверь себя!
Назови физические величины, которые необходимо записать вместо
вопроса.
U
I
?
?
I
R
18. Назвать зависимость силы тока от напряжения и сопротивления
I~I~
U
19. Графики зависимости
I,АI,А
?
?
20. Заполните таблицу.
IU
?
2,5
А
500мА
3А
2А
?
0,000001 МОм
40
В
?
6В
0,009
кВ
4
Ом
4
Ом
?
?
R
21. Найди ошибку
VR
А
Как прошло занятие?
Класс!
Так себе
плохо
6 примеров закона Ома в повседневной жизни – StudiousGuy
ЗаконОма – это соотношение между током, напряжением и сопротивлением, выведенное немецким физиком Джорджем Саймоном Омом . Область применения закона Ома варьируется от бытовой техники, такой как обогреватели, до высоковольтных проводов и крупных проектов, таких как ракеты и космические корабли.
«Закон Ома гласит, что при постоянной температуре ток (I), протекающий через резистор, прямо пропорционален напряжению или разности потенциалов (V), приложенным к резистору».
Константа пропорциональности записывается как R, и это значение сопротивления резистора
В = RI
Давайте узнаем о его применении в нашей повседневной жизни.
1. Обычные бытовые вентиляторыМы можем контролировать скорость вентиляторов в наших домах, перемещая регулятор взад и вперед. Здесь ток, протекающий через вентилятор, регулируется путем регулирования сопротивления с помощью регулятора.Круговую ручку на компоненте можно вращать, чтобы добиться переменного сопротивления на выходных клеммах. Для любого конкретного значения входа мы можем рассчитать сопротивление, ток и, следовательно, мощность, протекающую по закону Ома.
2. Электрические обогревателиЭлектрические обогреватели широко используются зимой во всем мире. Нагреватели имеют металлическую катушку, которая имеет высокое сопротивление, которое позволяет протекать через них определенному количеству тока, чтобы обеспечить необходимое тепло.Кроме того, по этому закону рассчитывается мощность, подаваемая на нагреватели.
3. Электрочайники и утюгиВ электрочайнике и утюге много резисторов. Резисторы ограничивают количество тока, протекающего через них, чтобы обеспечить необходимое количество тепла. Размер используемых в них резисторов определяется по закону Ома.
4. Проектирование электрооборудованияЭлектронным устройствам, например портативным компьютерам и мобильным телефонам, требуется источник постоянного тока с определенным током.Многим устройствам для работы требуется определенное количество тока и напряжения. Закон Ома говорит нам, какое сопротивление нам нужно, чтобы установить определенный ток с определенным напряжением.
5. Конструкция предохранителяПредохранители – это компоненты защиты, которые ограничивают величину тока, протекающего по цепи, и устанавливают определенное значение напряжения. В устройстве они соединены последовательно. Закон Ома используется для определения того, какие резисторы необходимы.
6. Зарядное устройство для мобильных устройств или ноутбуков Зарядные устройствадля мобильных и портативных компьютеров используют в работе источник питания постоянного тока. Источник питания постоянного тока обеспечивает переменное выходное напряжение в зависимости от сопротивления, а общая работа регулируется законом Ома.
Формула, Эксперимент, Треугольник, Взаимосвязь V-I-R
Закон Ома: Соотношение между напряжением и током определяется законом Ома. Закон Ома – один из фундаментальных законов, используемых для анализа электрических цепей.Например, когда мы увеличиваем количество ячеек в фонаре, яркость лампы в фонаре увеличивается. С другой стороны, когда мы пользуемся фонариком в течение длительного времени, мы можем заметить, что яркость лампы постепенно уменьшается.
Это происходит потому, что ток, протекающий через лампочку резака, зависит от разности потенциалов, приложенной к ее клеммам. Закон Ома – один из важнейших основных законов электрических цепей. Давайте разберемся с законом Ома в этой статье.
Последнее обновление:
👉 18 октября : Центральный совет среднего образования (CBSE) выпустил 10-й и 12-й листы данных CBSE по основным предметам.
👉 21 октября : CBSE выпустила 10-е и 12-е даты для второстепенных предметов.
Practice Embibe’s Эксклюзивные образцы документов CBSE Term 1 на основе новых рекомендаций:
Здесь, в Embibe, вы можете получить бесплатный пробный тест CBSE Revised MCQ 2021 по всем темам.Тест MCQ, предлагаемый Embibe, основан на пересмотренных учебниках, бумажных шаблонах и учебной программе CBSE на 2021 год. Эта серия пробных тестов включает в себя исчерпывающий выбор соответствующих вопросов и их решений. Кандидаты в CBSE Board могут пройти эти бесплатные пробные тесты, чтобы попрактиковаться и найти области, в которых им нужно улучшить свои экзамены.
Закон Ома – Содержание- Закон Ома
- Закон Ома
- Магический треугольник закона Ома
- Сопротивление проводника
- Проверка закона Ома
- Омические материалы
- Неомические материалы
- Факторы, влияющие на сопротивление
- Удельное или удельное сопротивление
- Закон Ома сохраняется при постоянной температуре
- Расчет мощности по закону Ома
- Таблица матрицы закона Ома
- Примеры решения закона Ома
- Часто задаваемые вопросы по закону Ома
Что такое закон Ома?
Закон Ома дает соотношение между током и разностью потенциалов.Эта связь между током и разностью потенциалов была установлена немецким физиком Георгом Симоном Омом \ ((1787-1854). \)
Закон Ома
ЗаконОма гласит, что ток, протекающий в цепи, прямо пропорционален приложенной разности потенциалов и обратно пропорционален сопротивлению в цепи.
Если \ (I \) – ток, протекающий через проводящий провод, а \ (V \) – разность потенциалов на концах проводящего провода, то согласно закону Ома (при постоянной температуре):
\ (I \ propto V \)
\ (\ Rightarrow V \ propto I \)
\ (\ Rightarrow V \ propto IR \)
Магический треугольник закона Ома
С помощью магического треугольника закона Ома мы можем изучить различные уравнения закона Ома, которые используются для решения таких переменных, как \ (V, I, R.\) Здесь разность потенциалов \ (V = IR, \) – произведение тока и сопротивления. Отсюда мы также можем получить ток \ (I = \ frac {V} {R} \) и сопротивление \ (R = \ frac {V} {I} \)
Закон Ома – сопротивление проводника
Сопротивление – это свойство проводника сопротивляться прохождению через него тока. Единица измерения сопротивления в системе СИ – Ом, который обозначается греческой буквой \ (\ Omega. \). Согласно закону Ома сопротивление проводника постоянно для данной температуры и других условий.
\ (R = \ frac {V} {I} \)
\ (1 \) Ом – это сопротивление проводящего провода, по которому течет ток в \ (1 \) ампер, когда к его концам приложена разность потенциалов \ (1 \) вольт.
Проверка закона Ома
Возьмите пять или шесть сухих ячеек, резистор с выводами \ (A \) и \ (B, \), вольтметр, амперметр, ключ (выключатель) и несколько соединительных проводов. Составьте электрическую цепь, точно соединив все эти компоненты, но используя только одну ячейку, как показано на рисунке (а) ниже.Теперь замкните электрическую цепь с помощью ключа.
Амперметр измеряет ток \ (I \), протекающий по цепи, а вольтметр измеряет напряжение на концах резистора \ (\ left ({AB} \ right). \) Обратите внимание на значения, показанные амперметром и вольтметром. . Теперь соедините две ячейки последовательно, как показано на рисунке (b), и снова запишите новые показания амперметра и вольтметра. Согласно закону Ома, мы обнаружим, что при увеличении количества ячеек, соединенных последовательно, напряжение на выводах резистора увеличивается, и, следовательно, увеличивается ток через него.Поэтому показания на вольтметре и амперметре тоже увеличиваются. Повторите эксперимент, соединив третью ячейку, четвертую ячейку и так далее. Запишите чтение для каждого случая. Теперь, когда мы найдем отношение напряжения к току для каждого случая, мы обнаружим, что оно почти одинаково. Следовательно, мы можем сделать вывод, что утверждение закона Ома справедливо для данного проводника или резистора, где \ (R \) является постоянным.
Если мы построим график вольт-амперной характеристики, используя эти значения тока и напряжения, мы получим прямую линию.
Омические материалы
Закон Ома не является основным законом. Закон Ома применим для большого количества проводников. Эти проводящие материалы называются омическими материалами. Металлы и их сплавы являются омическими материалами. Электрическая цепь из омического материала называется линейной цепью.
Неомические материалы
Есть много полезных проводящих материалов и устройств, которые не соответствуют закону Ома. Их называют неомическими проводниками, и они считаются одним из ограничений закона Ома.Вакуумные лампы, кристаллические выпрямители, термисторы и транзисторы являются примерами неомических материалов. Эти материалы и устройства показывают отклонение от линейного поведения кривой вольт-амперной характеристики. Например, для полупроводниковых диодов, когда напряжение положительное, течет большой ток, когда напряжение меняется на противоположное, течет только очень небольшой ток. Сверхпроводники имеют нулевое сопротивление, как только через них начинает течь ток.
Закон Ома – Факторы, влияющие на сопротивление
Когда температура и другие физические условия остаются неизменными, тогда, согласно закону Ома, сопротивление проводника остается постоянным.Ниже приведены коэффициенты, от которых зависит сопротивление проводника:
- Сопротивление зависит от температуры.
- Сопротивление зависит от длины проводника.
- Сопротивление зависит от площади поперечного сечения проводника.
- Сопротивление зависит от материала материала.
Математически,
Сопротивление
\ (R \; \ propto \ frac {L} {A} \)
\ (\ Rightarrow R = \ rho \ frac {L} {A} \)
Где \ (L \) – длина проводника, \ (A \) – площадь поперечного сечения проводника, а \ (\ rho \) – удельное сопротивление материала проводника или удельное сопротивление.{- 1}}} \ right) \) Электропроводность обратно пропорциональна сопротивлению. Он обозначается как \ (\ sigma. \) Хорошие проводники электричества обладают высокой проводимостью. Они обладают меньшим сопротивлением протеканию через них тока.
Закон Ома сохраняется при постоянной температуре
Удельное сопротивление проводника зависит от температуры. Это связано с тем, что с повышением температуры средняя скорость положительных ионов увеличивается, что приводит к большему количеству столкновений с электронами, вызывающих ток.Изменение сопротивления с температурой в основном связано с изменением удельного сопротивления с температурой. Согласно закону Ома сопротивление постоянно, поэтому закон Ома применяется только при постоянной температуре.
Расчет мощности по закону Ома
Знание закона Ома поможет рассчитать стоимость электроэнергии. Проверьте формулу для расчета мощности снизу:
Когда известны значения напряжения и тока:
P = V I
Формула для расчета тока, если известны мощность и напряжение:
I = P / V
Формула для расчета напряжения, если известны мощность и ток:
В = P / I
Таблица матрицы закона Ома
Напряжение / ток / сопротивление / мощность можно рассчитать по формулам, полученным из закона Ома.Проверьте формулы в таблице ниже:
Известные значения | Сопротивление | Текущая | Напряжение | Мощность |
Ток и сопротивление | – | – | В = ИК | P = I 2 R |
Напряжение и ток | R = V / I | – | – | P = V x I |
Мощность и ток | R = P / I 2 | – | В = P / I | – |
Напряжение и сопротивление | – | I = V / R | – | P = V 2 / R |
Мощность и сопротивление | – | I = √P / R | В = √P x R | – |
Напряжение и мощность | R = V 2 / P | I = P / V | – | – |
Примеры решения закона Ома
Q.1. Разность потенциалов \ (15 \; {\ rm {V}} \) приложена к проводу неизвестного сопротивления. Если ток через провод составляет \ (0,2 \; {\ rm {A}} \) , то каково сопротивление провода?
Sol:
Учитывая,
Разница потенциалов \ ({\ rm {V}} = 15 \; {\ rm {V}} \)
Ток \ (I = 0,2 \; {\ rm {A}} \ )
Согласно закону Ома сопротивление провода,
\ (R = \ frac {V} {I} \)
Подставляя значения в уравнение, мы получаем
\ (R = \ frac {{15}} {{0.2}} = 75 \; \ Omega \)
Q.2. Ток через проводник сопротивления \ (250 \, {\ rm {\ Omega}} \) равен \ (3 \; {\ rm {A}}. \) Если мы хотим удвоить ток, то какую разность потенциалов нужно приложить к проводнику?
Sol:
Дано,
Сопротивление проводника, \ (R = 250 \; \ Omega \)
Начальное значение тока \ (= 3 \; {\ rm {A}} \)
Требуемое значение ток, \ (I = 6 \; {\ rm {A}} \)
Используя закон Ома, мы можем найти необходимое напряжение,
\ (V = IR = 6 \; \ times \; 250 = 1500 \; {\ rm {V}} \)
Часто задаваемые вопросы по закону Ома
Ниже приведены часто задаваемые вопросы по закону Ома:
Q.1. Напишите формулу закона Ома.
Ответ: Если I – ток, протекающий по проводящему проводу с сопротивлением R, а V – разность потенциалов на концах проводящего провода, то согласно закону Ома:
I∝V
или V = IR
Q.2. Государственный закон Ома.
Ответ: Закон Ома гласит, что ток, протекающий по проводящему проводу, прямо пропорционален разности потенциалов на двух его концах, при условии, что температура остается постоянной.
Q.3. Определите сопротивление проводника.
Ответ: Сопротивление – это сопротивление проводника протеканию через него тока. Это величина, обратная проводимости.
Q.4. При каких условиях действует закон Ома?
Ответ: Температура и другие физические условия остаются прежними, ток, протекающий по проводнику, пропорционален разности потенциалов на двух его концах.
Q.5. Что такое 1 Ом?
Ответ: Мы скажем, что сопротивление данного проводника равно 1 Ом, только если через проводник проходит ток 1 ампер при приложении разности потенциалов 1 вольт.
Q.6. Что такое неомические материалы?
Ответ: Материалы, которые не подчиняются закону Ома, называются неомическими материалами. Когда мы строим график между напряжением и током для таких материалов, график будет нелинейным. Это означает, что ток не прямо пропорционален приложенному напряжению.
Q.7. Каковы ограничения закона Ома?
Ответ: Закон Ома недействителен для полупроводников и односторонних сетей, в которых есть такие устройства, как диоды, потому что они допускают однонаправленное течение тока.
Учитесь в Embibe
Концепция закона Ома обычно вводится в классе 10. Кроме того, некоторые концепции закона Ома также объясняются в классе 12. Таким образом, чтобы помочь вам понять все концепции классов 10–12, Embibe предлагает бесплатные пробные тесты и практические вопросы. . Таким образом, ученики классов 10–12 могут бесплатно решить практических вопросов или попробовать 10 пробных тестов на Embibe, что окажет вам большую помощь в подготовке к экзаменам.
Теперь, когда вам предоставлена вся информация о законе Ома, мы надеемся, что эта подробная статья будет вам полезна. Если у вас есть какие-либо вопросы о законе Ома, напишите нам через поле для комментариев ниже, и мы свяжемся с вами в ближайшее время.
427 просмотров
Закон Ома – Electronics-Lab.com
Введение
Фундаментальная связь между током, напряжением и сопротивлением известна как закон Ома и, вероятно, является самым известным и элементарным физическим законом электроники.Это было в 1827 году, когда немецкий физик Георг Симон Ом впервые публикует в книге « Die galvanische Kette, Mathematisch Bearbeitet » (на английском языке: математическое исследование гальванической цепи) раннюю форму закона, которая позже возьму его имя.
В первом разделе мы представим макроскопический закон Ома, который представляет собой форму, показываемую студентам в начале учебного процесса.
Во втором разделе мы увидим, что различные формы уравнения могут быть адаптированы в зависимости от топологии схемы и характера ее источника, в частности, при рассмотрении режима переменного тока.
Более сложные концепции представлены в третьем разделе, где мы сосредоточимся на мезоскопическом определении уравнения, известного как , локальное выражение закона Ома .
Презентация
Рассмотрим электрический ток I, протекающий через резистор R, который создает разность потенциалов U на своих выводах:
Рис. 1: Ток, пересекающий резистор, представляющий напряжение на его выводахЗакон Ома устанавливает простую линейную зависимость между этими тремя параметрами, например, U = R × I .Любой электрический компонент, который проверяет закон Ома, может быть обозначен как омический проводник и имеет вольт-амперную характеристику, такую как показано на Рис. 2 :
рис 2: U / I характеристика омического проводникаВажно отметить, что закон Ома эмпирический , что означает, что он исходит из экспериментальных наблюдений, а не из теории.
Макроскопическая форма широко используется в электронных схемах, и это очень полезная формула.Мы можем вычислить неизвестный параметр (например, R), зная два других параметра (например, U и I). Более того, это позволяет нам записать выражение рассеиваемой мощности в резисторе в виде P = R × I 2 .
Эквивалентность в режиме переменного тока
ЗаконОма можно обобщить, если ток и напряжение имеют синусоидальную форму. В этом случае мы используем комплексную нотацию для записи закона, такого как U = Z × I , где Z – комплексный импеданс набора линейных компонентов (резистора, конденсатора и катушки индуктивности).
В резисторе
Если мы снова рассмотрим схему, представленную на рис. 1 в режиме переменного тока, закон Ома может быть записан как u (t) = Ri (t) с i (t) = I × sin (ωt), u (t) = U × sin (ωt + φ), а I, U – амплитуды соответствующих сигналов. Однако, поскольку разность фаз в чисто резистивной составляющей равна нулю, получаем U = RI .
В режиме переменного тока выражение закона Ома в резисторе аналогично режиму постоянного тока.
В индукторе
При рассмотрении реактивных элементов дела обстоят немного иначе, начнем с катушки индуктивности:
Рис. 3: Напряжение переменного тока и ток через катушку индуктивности LСогласно закону Ленца, напряжение u (t), создаваемое индуктором, пропорционально как индуктивности, так и изменениям тока i (t), как показано в уравнении . 1 :
уравнение 1: Соотношение между напряжением и током в катушке индуктивностиИз формулы Уравнение 1 можно показать, что соотношение между током и напряжением может быть записано u (t) = Lω × Isin (ωt + φ) .Демонстрация еще проще, если использовать комплексные обозначения и знать, что операция вывода в комплексной области аналогична умножению на jω, которое заключается в умножении вектора i (t) на ω и переходе к повороту на φ = + π / 2 rad (см. учебник по диаграммам фазоров и алгебре).
Таким образом, в катушке индуктивности сигналы тока и напряжения сдвинуты по фазе на Δφ = + π / 2 рад. Поскольку напряжение обычно считается эталонным, его выражение остается неизменным (u (t) = U × sin (ωt)), а ток можно записать i (t) = I × sin (ωt + φ).
Закон Ома в катушке индуктивности можно записать как U = LωI; φ = + π / 2 рад.
В конденсатор
Наконец, рассмотрим конденсатор в режиме переменного тока:
Рис. 4: Напряжение переменного тока и ток через конденсатор емкостью CВ этой конфигурации заряд конденсатора является функцией времени и его выражение составляет q (t) = C × u (t) . Поскольку i (t) = dq (t) / dt, мы можем продемонстрировать непосредственно или используя комплексные обозначения, что i (t) = – Cω × Usin (ωt + φ).
Если мы снова рассматриваем напряжение как опорный сигнал, фазовый сдвиг здесь Δφ = -π / 2 рад , выражение тока, следовательно, i (t) = I × sin (ωt-φ ).
Закон Ома в конденсаторе можно записать как U = I / Cω; φ = -π / 2 рад.
Местная форма
В этом разделе мы обсуждаем более сложную концепцию, известную как локальная форма закона Ома . Перед тем, как представить эту специальную форму, нам необходимо ввести и определить некоторые концепции. Мы хотим отметить, что в дальнейшем векторы выделены жирным шрифтом, а скаляры – нет.
Представление и определения
Локальная форма может быть применена к промежуточной шкале пространства между микроскопическим и макроскопическим, известной как мезоскопическая шкала .Обычно считается, что мезоскопический масштаб достаточно велик, чтобы содержать большое количество частиц в элементарном объеме (в нашем случае электроны), но достаточно мал, чтобы такие параметры, как давление и температура, оставались локальными.
Мы обычно называем электроны «носителями заряда» или просто «носителями», они определяются плотностью носителей n e , их вектором скорости v , элементарным зарядом e и их массой m e .
Из этих параметров мы можем определить важный вектор j , известный как плотность тока , как j = -en e v .Термин -en e также известен как плотность заряда и обозначается как ρ e .
Модель Друде
Рассмотрим омический проводник секции S, на который действует определенное напряжение V, эта разность потенциалов индуцирует электрическое поле E, которое заставляет носитель проводника двигаться:
рис 5: Схематическое изображение сил (выделено красным) и полей внутри омического проводникаДвижение носителей определяется двумя силами, действующими в противоположных направлениях:
- Электрическая сила -e E стремится переместить электроны в направлении, противоположном электрическому полю (то же направление для положительно заряженных носителей).
- Сила трения -k v , которая замедляет электроны. Эта сила возникает из-за неподвижных зарядов, составляющих кристаллическую решетку омического проводника, в которую электроны с определенной вероятностью врезаются. Параметр k – это постоянная величина, которая зависит от материала, который считается проводником.
Модель Друде (1900) состоит из учета этих двух сил и применения второго закона Ньютона к носителям:
уравнение 2: Второй закон Ньютона в модели ДрудеВыражение локальной формы
Мы можем переписать Уравнение 2 и записать k / m = 1 / τ, где τ – параметр времени релаксации омического проводника:
В постоянном режиме (t >> τ) это дифференциальное уравнение первого порядка принимает в качестве решения следующее выражение:
Таким образом, плотность тока можно переписать следующим образом:
Обычно мы пишем скалярный член σ , который известен как электрическая проводимость , локальный закон Ома утверждает, что j = σ E .
Локальная форма особенно полезна для изучения электрических свойств в микроскопическом масштабе.
Электрическое сопротивление и макроскопический закон Ома
Электрическое поле в омическом проводнике можно записать как E = (V / L) n , где n – единичный вектор в том же направлении, что и E .
Электрический ток I определяется как:
Ток (Кл / с) действительно можно понять как сумму плотностей тока (Кл / м 2 / с), взятых по сечению (м 2 ).
Для топологии, представленной на рис. 5 , предыдущее выражение можно упростить до I = σES . При замене поля E на V / L получаем:
Наконец, мы можем заключить, что локальная форма закона Ома позволяет нам восстановить как макроскопический закон Ома, так и определение сопротивления R = L / (σS). Мы также можем отметить, что 1 / σ можно заменить на ρ , которое определяется как удельное сопротивление омического проводника.
Однако упрощение интегрального выражения апеллирует к двум сильным гипотезам: проводимость σ постоянна по всему материалу, а плотность тока j коллинеарна оси материала и однородна.По сути, эти две гипотезы могут быть собраны, если предположить, что материал изотропен (однородность во всех ориентациях).
В общем случае, для любой топологии и если материал анизотропный, сопротивление может быть вычислено по следующей формуле:
Заключение
В этом руководстве основное внимание уделяется известному физическому закону, известному как закон Ома . Резюме дается в первом разделе, где показаны его структура, определение, последствия и использование.
Во втором разделе дается более общая форма закона, при котором источник питания работает в режиме переменного тока. При рассмотрении трех элементарных компонентов электроники мы понимаем, что форма закона в режиме переменного тока не меняется для резистора, но по-разному записывается для реактивных компонентов.
В заключительном разделе мы представляем локальную форму закона Ома , которая адаптирована для промежуточной шкалы между макроскопическим и микроскопическим миром: мезоскопической шкалы.Многие новые определения и концепции сначала вводятся перед тем, как объяснять с помощью модели Друде, как получить локальное выражение. Наконец, мы показываем, что макроскопическая форма закона вместе с выражением сопротивления может быть восстановлена из локальной формы.
Сформулируйте и объясните закон Ома, класс 10, физика CBSE
Подсказка: закон Ома устанавливает связь между протекающим током и напряжением, приложенным к любой цепи. Полный ответ:
Закон Ома гласит, что ток, протекающий через проводник, прямо пропорционален разности потенциалов, приложенной к его концам, при условии, что температура и другие физические условия остаются неизменными.
Ток прямо пропорционален разности напряжений на резисторе. То есть, если удваивается ток, то увеличивается и напряжение. Чтобы ток протекал через сопротивление, на этом сопротивлении должно быть напряжение. Закон Ома показывает взаимосвязь между напряжением (V), током (I) и сопротивлением (R).
\ [\ text {V} \ alpha \ text {I} \! \! ~ \! \! \ Text {_or_} \! \! ~ \! \! \ Text {I} \ alpha \ text {V } \ Rightarrow \ text {V = IR} \]
Где R – постоянная величина, называемая сопротивлением проводника.Значение этой постоянной зависит от типа, длины, площади поперечного сечения и температуры проводника.
Здесь
В = разность потенциалов в вольтах
I = ток в амперах
R = сопротивление (которое является константой)
Единицей измерения сопротивления в системе СИ является Ом, который обозначается символом Омега \ [\ left (\ Omega \ right) \]
Необходимым условием применения закона Ома является постоянство температуры. Основные области применения закона Ома:
1.Для определения напряжения, сопротивления или тока электрической цепи.
2. Закон Ома используется для поддержания желаемого падения напряжения на электронных компонентах.