2 й закон ома. Закон Ома и основы электрических цепей: полное руководство

Что такое закон Ома и как он применяется в электрических цепях. Как рассчитать напряжение, силу тока и сопротивление. Какие материалы являются омическими. Как устроены простые электрические схемы.

Содержание

Что такое закон Ома и почему он так важен

Закон Ома — это один из фундаментальных законов электротехники, описывающий связь между напряжением, силой тока и сопротивлением в электрической цепи. Он был открыт немецким физиком Георгом Омом в 1827 году и назван в его честь.

Согласно закону Ома, сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. Математически это выражается формулой:

I = U / R

где:

  • I — сила тока (в амперах, А)
  • U — напряжение (в вольтах, В)
  • R — сопротивление (в омах, Ом)

Почему закон Ома так важен? Он позволяет:

  • Рассчитывать параметры электрических цепей
  • Проектировать электронные устройства
  • Анализировать работу электрических схем
  • Находить неисправности в электрооборудовании

Без понимания закона Ома невозможно грамотно работать с электричеством. Это базовый закон, на котором строится вся современная электротехника.

Как применять закон Ома на практике

Закон Ома позволяет легко рассчитать любую из трех величин — ток, напряжение или сопротивление, если известны две другие. Рассмотрим несколько примеров:

Расчет силы тока

Допустим, к резистору сопротивлением 100 Ом приложено напряжение 12 В. Какой ток будет протекать через резистор?

I = U / R = 12 В / 100 Ом = 0,12 А

Расчет напряжения

Через лампочку с сопротивлением 20 Ом протекает ток 0,5 А. Какое напряжение приложено к лампочке?

U = I * R = 0,5 А * 20 Ом = 10 В

Расчет сопротивления

К неизвестному резистору приложено напряжение 9 В, при этом через него протекает ток 0,3 А. Чему равно сопротивление резистора?

R = U / I = 9 В / 0,3 А = 30 Ом

Как видим, зная закон Ома, можно легко производить расчеты параметров электрических цепей.

Омические и неомические материалы: в чем разница

Закон Ома справедлив не для всех материалов и устройств. Материалы и компоненты, для которых выполняется закон Ома, называются омическими. К ним относятся:

  • Металлические проводники (медь, алюминий, серебро и др.)
  • Резисторы
  • Нагревательные элементы

Для омических материалов характерна линейная вольт-амперная характеристика — график зависимости тока от напряжения представляет собой прямую линию.

К неомическим материалам и компонентам относятся:

  • Полупроводниковые приборы (диоды, транзисторы)
  • Газоразрядные лампы
  • Электрическая дуга

Для них характерна нелинейная вольт-амперная характеристика. Зависимость тока от напряжения для таких элементов более сложная и не описывается законом Ома.

Простые электрические цепи: из чего они состоят

Простейшая электрическая цепь включает в себя следующие основные элементы:

  • Источник питания (батарейка, аккумулятор, блок питания)
  • Потребитель электроэнергии (лампочка, двигатель, нагреватель)
  • Соединительные провода
  • Выключатель

Рассмотрим простую схему с лампочкой:

Простая электрическая цепь с лампочкой

В данной схеме:

  • Батарея создает электрическое напряжение
  • Лампочка является потребителем и обладает электрическим сопротивлением
  • Провода соединяют элементы цепи
  • Выключатель позволяет замыкать и размыкать цепь

Когда выключатель замкнут, в цепи начинает протекать электрический ток, и лампочка загорается. При размыкании выключателя ток прекращается.

Как измерить напряжение, ток и сопротивление

Для измерения электрических величин используются специальные приборы:

Вольтметр

Измеряет напряжение. Подключается параллельно участку цепи, на котором нужно измерить напряжение.

Амперметр

Измеряет силу тока. Включается последовательно в разрыв цепи.

Омметр

Измеряет сопротивление. Подключается к обесточенному участку цепи или компоненту.

Современные цифровые мультиметры совмещают функции всех этих приборов и позволяют измерять напряжение, ток и сопротивление одним устройством.

Применение закона Ома в быту и промышленности

Закон Ома находит широкое применение как в бытовой технике, так и в промышленном оборудовании:

Бытовая техника

  • Расчет мощности электроприборов
  • Выбор сечения проводов для проводки
  • Настройка яркости светодиодных ламп

Промышленность

  • Проектирование электрических сетей
  • Расчет систем электроснабжения
  • Настройка систем защиты от перегрузок

Понимание закона Ома критически важно для всех, кто работает с электричеством — от домашних мастеров до профессиональных электриков и инженеров.

Ограничения закона Ома

Несмотря на широкое применение, закон Ома имеет ряд ограничений:

  • Справедлив только для постоянного тока или медленно меняющегося переменного тока
  • Не работает для сверхпроводников
  • Не применим к полупроводниковым приборам
  • Нарушается при очень сильных токах и напряжениях

В этих случаях для расчетов используются более сложные модели. Однако для большинства практических задач закон Ома остается надежным инструментом анализа электрических цепей.

Заключение

Закон Ома — это фундаментальный закон электротехники, описывающий связь между током, напряжением и сопротивлением. Его понимание необходимо для работы с любыми электрическими цепями и устройствами.

Ключевые моменты:

  • Закон Ома: I = U / R
  • Позволяет рассчитывать параметры электрических цепей
  • Справедлив для омических материалов и устройств
  • Широко применяется в быту и промышленности
  • Имеет ограничения для некоторых случаев

Освоив закон Ома и принципы его применения, вы сможете лучше понимать работу электрических устройств и грамотно обращаться с электричеством.


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:

Первый резисторВторой резистор
I , A0,40,60,81,00,40,60,81,0
U , В1,62,43,24,02,43,64,86,0
Поделив напряжение на силу тока, обнаружим закономерность:
R = U/I44446666

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 R является характеристикой именно изучаемого участка цепи – резистора.

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:

» border=»0″ cellspacing=»0″ cellpadding=»0″>
      I   =  UI   – сила тока в участке цепи, А
U – приложенное напряжение, В
R – сопротивление участка цепи, Ом
R

Чтобы выяснить, как следует прочитать эту формулу, вспомним знания по алгебре о видах пропорциональности величин.

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 1/R тоже постоянна, поэтому сила тока прямо пропорциональна напряжению на концах участка цепи. Из второй строки: при постоянном напряжении сила тока обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи. Объединяя это, получаем формулировку закона Ома для участка цепи: сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

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 A и B присоединены к источнику с напряжением 10 В, однако вольтметр позволяет измерить напряжение не более 6 В (см. рисунок в начале параграфа). Поэтому нам нужно создать падение напряжения на реостате на 4 В или более. Как это сделать? Чем правее мы смещаем движок, тем больше сопротивление реостата, и, согласно формуле U=I·R, больше напряжение на реостате, которое и называют падением напряжения. В результате на резисторе напряжение снижается и может стать менее 6 В, что нам и нужно.

Опубликовано в разделах: 8 класс, Постоянный электрический ток

Закон Ома для цепи переменного тока. Резонанс в электрической цепи. Школьный курс физики


Главная | Физика 11 класс | Закон Ома для цепи переменного тока





Закон Ома для цепи переменного тока.

Рассмотрим более общий случай электрической цепи, в которую последовательно включены проводник с активным сопротивлением R и малой индуктивностью, катушка с большой индуктивностью L и малым активным сопротивлением и конденсатор ёмкостью С. Если напряжение на концах такой цепи меняется по закону u = Umsin ωt, то сила тока в цепи меняется по закону

i = Imsin (ωt-φc),

где φc — разность фаз между колебаниями силы тока и колебаниями напряжения в цепи.

В результате математических преобразований можно получить соотношение между амплитудами колебаний силы тока и напряжения в RLC-контуре:

Сдвиг фаз φc будет определяться выражением

Выражение (1) имеет вид закона Ома Im = Um / Z, где

Величина Z — это полное сопротивление цепи. Закон Ома для цепи переменного тока (1) записан для амплитудных значений силы тока и напряжения.

Резонанс в цепи переменного тока 1.


1 Существуют два основных вида резонанса в цепи переменного тока: резонанс напряжений, который возникает при последовательном соединении элементов цепи, и резонанс токов, происходящий при их параллельном соединении. В этом параграфе будет рассмотрен резонанс напряжений.

Аналогия между законами механических и электромагнитных колебаний позволяет сделать заключение о существовании резонанса в колебательном контуре, обладающем определённой собственной частотой колебаний.

Амплитуда силы тока при вынужденных электромагнитных колебаниях в контуре, совершающихся под действием внешнего гармонически изменяющегося напряжения, определяется формулой (1). При фиксированном напряжении Um и заданных значениях R, L и C амплитуда колебаний силы тока достигает максимума при частоте ω, удовлетворяющей соотношению

Знаменатель в формуле (1) становится при этом минимальным, и амплитуда колебаний силы тока достигает максимального значения:

Амплитуда силы тока особенно велика при малом R. Из уравнения (3) можно определить циклическую частоту переменного тока, при которой сила тока максимальна:

Эта частота совпадает с частотой свободных колебаний в контуре с малым активным сопротивлением (см. § 31 «Свободные электромагнитные колебания. Колебательный контур»).

Резкое возрастание амплитуды установившихся вынужденных колебаний силы тока в колебательном контуре с малым активным сопротивлением происходит при совпадении частоты внешнего переменного напряжения с собственной частотой колебательного контура. В этом состоит явление резонанса в колебательном контуре.

Резонанс выражен тем отчётливее, чем меньше энергетические потери в цепи, т. е. чем меньше сопротивление R. При R → 0 резонансное значение силы тока неограниченно возрастает: Iрез → ∞.

C увеличением R максимальное значение силы тока уменьшается, и при больших

R говорить о резонансе уже не имеет смысла. Зависимость амплитуды силы тока от частоты при различных сопротивлениях показана на рисунке 6.28 (R1 < R2 < R3).

Рис. 6.28

Одновременно с увеличением силы тока при резонансе резко возрастают напряжения на конденсаторе и катушке индуктивности. Они становятся одинаковыми и во много раз превосходят внешнее напряжение, которое связано с резонансной силой тока следующим образом:

При резонансе сдвиг фаз между силой тока и напряжением становится, согласно формуле (2), равным нулю. Наглядно это можно пояснить так. Колебания напряжения на катушке индуктивности и конденсаторе всегда происходят в противофазе. Резонансные амплитуды этих напряжений одинаковы. В результате напряжения на катушке и конденсаторе полностью компенсируют друг друга

(uL = -uC), и падение напряжения происходит только на участке с активным сопротивлением.

Явление электрического резонанса учитывают в радиотехнике при расчётах электрических цепей, в схемах настройки радиоприёмников, радиопередатчиков, усилителей, генераторов высокочастотных колебаний.

В некоторых случаях резонанс в электрической цепи может принести большой вред. Если цепь не рассчитана на работу в условиях резонанса, то возникновение резонанса приведёт к аварии. Чрезмерно большие токи могут перегреть провода, а большие напряжения приведут к пробою изоляции.

Вопросы:

1. Что представляет собой RLC-контур?

2. Какое соотношение выражает закон Ома для цепи переменного тока?

3. В чём заключается явление резонанса в электрическом колебательном контуре?

Вопросы для обсуждения:

1.Как будет изменяться накал нити лампы при изменении частоты переменного тока от 0 до ∞ в цепях, изображённых на рисунке 6.29? Амплитуда колебаний напряжения источника переменного тока не изменяется.

  

Рис. 6.29

2. Можно ли установить режим резонанса в цепи переменного тока, не изменяя индуктивности катушки и ёмкости конденсатора в цепи? Если да, то как это сделать?

3. Сравните явление резонанса в механических и электрических колебательных системах.

Пример решения задачи

Катушка с активным сопротивлением 10 Ом и индуктивностью 0,05 Гн соединена последовательно с конденсатором ёмкостью 2 мкФ. К цени подведено напряжение с амплитудой 100 В при частоте переменного тока, равной 50 Гц (рис. 6.30). Определите амплитуду силы тока в цепи.

Рис. 6.30


Запишем закон Ома для цени переменного тока и найдём силу тока:

Ответ: Im ≈ 0,06 А.

Упражнения:

1. Электрическая цепь состоит из последовательно соединённых резистора сопротивлением 4 Ом, катушки с индуктивным сопротивлением 8 Ом И конденсатора с ёмкостным сопротивлением 5 Ом. К концам цени приложено переменное напряжение 120 В. Найдите силу тока в цепи и напряжения на всех участках цепи.

2. В цепь включены последовательно катушка индуктивностью 50 мГн и конденсатор ёмкостью 20 мкФ. Какой частоты переменный ток нужно пропустить через эту цепь, чтобы наступил резонанс?

3. Конденсатор и катушка соединены последовательно в цепи переменного тока. Индуктивность катушки равна 0,01 Гн. При какой ёмкости конденсатора сила тока частотой 1 кГц будет максимальной?

4. Конденсатор и катушка соединены последовательно в цепи переменного тока. Ёмкостное сопротивление конденсатора равно 5000 Ом. Какой должна быть индуктивность катушки, чтобы резонанс наступил в цепи при частоте тока 20 кГц?

5. Резонансная частота колебательного контура равна 50 кГц. Как нужно изменить расстояние между пластинами плоского конденсатора в этом контуре, чтобы резонансная частота стала равной 70 кГц?

Предыдущая страницаСледующая страница




Страница поддержки закона Ома — Концептуальная физика 8

Страница поддержки закона Ома

В физике есть определенные формулы, которые настолько сильны и широко распространены, что достигают уровня общеизвестности. Студент-физик столько раз записывал такие формулы, что запоминал их, даже не пытаясь. Конечно, для профессионалов в этой области такие формулы настолько важны, что они запечатлеваются в их сознании. В области современной физики есть E = m • c2. В области ньютоновской механики существует Fnet = m • a. В области волновой механики есть v = f • λ. А в поле тока электричества есть ΔV = I • R.

Преобладающим уравнением, которое преобладает при изучении электрических цепей, является уравнение ток между этими двумя точками ( I ) и общее сопротивление всех электрических устройств между этими двумя точками ( R ). В оставшейся части этого раздела «Класс физики» это уравнение станет наиболее распространенным уравнением, которое мы видим. Часто упоминается как Закон Ома  уравнение, это уравнение является мощным предсказателем взаимосвязи между разностью потенциалов, током и сопротивлением.

 

 

Закон Ома как показатель силы тока сопротивления известны. Тем не менее, хотя это уравнение служит мощным рецептом решения проблем, оно представляет собой гораздо больше. Это уравнение указывает две переменные, которые могут повлиять на величину тока в цепи. Сила тока в цепи прямо пропорциональна разности электрических потенциалов на ее концах и обратно пропорциональна общему сопротивлению внешней цепи.

Чем больше напряжение батареи (т. е. разность электрических потенциалов), тем больше ток. И чем больше сопротивление, тем меньше ток. Заряд течет с наибольшей скоростью, когда напряжение батареи увеличивается, а сопротивление уменьшается. В самом деле, двукратное увеличение напряжения батареи приведет к двукратному увеличению тока (если все остальные факторы остаются равными). А увеличение сопротивления нагрузки в два раза приведет к уменьшению тока в два раза до половины его первоначального значения.

Таблица ниже иллюстрирует эту взаимосвязь как качественно, так и количественно для нескольких цепей с различными напряжениями и сопротивлениями аккумуляторов.

 
Circuit
Diagram
Battery
Voltage
(ΔV)
Total
Resistance
()
Current
(Amps)
1.
1.5 V
0.50 Amp
2.
3.0 V
3 Ω
1 Amp
3.
4.5 V
1.5 Amp
4.
1.5 V
0.25 Amp
5.
3,0 В
6
0,5 АМП
6.
6.
6,5
6.
6,5
.0015
4.5 V
6 Ω
0.75 Amp
7.
4.5 V
9 Ω
0.50 Amp


Строки 1, 2 и 3 показывают, что удвоение и утроение напряжения батареи приводит к удвоению и утроению тока в цепи. Сравнение строк 1 и 4 или строк 2 и 5 показывает, что удвоение общего сопротивления позволяет вдвое уменьшить ток в цепи.

Поскольку на ток в цепи влияет сопротивление, резисторы часто используются в цепях электроприборов, чтобы влиять на величину тока, присутствующего в его различных компонентах. Увеличивая или уменьшая сопротивление в конкретной ветви цепи, производитель может увеличивать или уменьшать силу тока в этой ветви . Кухонные приборы, такие как электрические смесители и регуляторы освещенности, работают, изменяя ток на нагрузке путем увеличения или уменьшения сопротивления цепи. Нажатие различных кнопок на электрическом миксере может изменить режим с смешивания на взбивание, уменьшив сопротивление и позволив большему току присутствовать в миксере. Точно так же поворот диска на диммерном переключателе может увеличить сопротивление его встроенного резистора и, таким образом, уменьшить ток.

Уравнение закона Ома часто исследуют в физических лабораториях с помощью резистора, аккумуляторной батареи, амперметра и вольтметра. Амперметр — это прибор, используемый для измерения силы тока в заданном месте. Вольтметр — это устройство, оснащенное щупами, которые можно прикоснуться к двум точкам цепи, чтобы определить разность электрических потенциалов в этих точках. Изменяя количество элементов в аккумуляторной батарее, можно изменять разность электрических потенциалов во внешней цепи. Вольтметр можно использовать для определения этой разности потенциалов, а амперметр можно использовать для определения тока, связанного с этим ΔV. Батарея может быть добавлена ​​к блоку батарей, и процесс может быть повторен несколько раз, чтобы получить набор данных I-ΔV. График зависимости I от ΔV даст линию с наклоном, эквивалентным обратной величине сопротивления резистора. Это можно сравнить с заявленным производителем значением, чтобы определить точность лабораторных данных и достоверность уравнения закона Ома.

 

 

Величины, символы, уравнения и единицы!

Склонность обращать внимание на единицы измерения — неотъемлемая черта любого хорошего студента-физика. Многие трудности, связанные с решением задач, могут быть связаны с неспособностью уделить внимание единицам. По мере того, как все больше и больше электрических величин и соответствующих им метрических единиц вводятся в этом разделе учебника «Класс физики», становится все более важным организовать информацию в вашей голове. В таблице ниже перечислены некоторые количества, которые были введены до сих пор. Символ, уравнение и соответствующие метрические единицы также перечислены для каждой величины. Было бы разумно часто обращаться к этому списку или даже сделать свою собственную копию и дополнять ее по мере продвижения модуля. Некоторые учащиеся считают полезным сделать пятую колонку, в которой указано определение каждой величины.

9004
AMPEREES I = V / R

9004
AMPEREES

(

(

.

. / S

или V / ω

9004
V /
.
Quantity
Symbol
Equation(s)
Standard Metric Unit
Other Units
Potential Разность

(она же напряжение)

ΔV
ΔV = ΔPE / Q

ΔV = I • R

8

8
0018
J / C
Curance
I
I = Q / T

I = ΔV / R

Power
P
P = ΔPE / T

(Подробнее)

WATT. с
Сопротивление
R
R = ρ • L / A

R = ΔV / I

Ом (ω)
E or ΔPE
ΔPE = ΔV • Q

ΔPE = P • t

Joule (J)
V • C or

W • s

(Обратите внимание, что символ единицы измерения C представляет единицу измерения в кулонах. )

Эта информация была взята непосредственно с http://www.physicsclassroom.com/class/circuits/Lesson-3/Ohm-s-Law

Сопротивление и простые схемы – Физика Колледжа Дугласа 1104 Индивидуальный учебник – Зима и лето 2020 г.

Глава 15 Электрический ток, сопротивление и закон Ома

Резюме

  • Объясните происхождение закона Ома.
  • Расчет напряжения, тока или сопротивления по закону Ома.
  • Объясните, что такое омический материал.
  • Опишите простую схему.

Что управляет током? Мы можем думать о различных устройствах, таких как батареи, генераторы, настенные розетки и т. д., которые необходимы для поддержания тока. Все такие устройства создают разность потенциалов и в широком смысле называются источниками напряжения. Когда источник напряжения подключен к проводнику, он применяет разность потенциалов [латекс]\boldsymbol{V}[/латекс], которая создает электрическое поле. Электрическое поле, в свою очередь, воздействует на заряды, вызывая ток.

Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению [латекс]\boldsymbol{V}[/латекс]. Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) первым экспериментально продемонстрировал, что сила тока в металлической проволоке прямо пропорциональна приложенному напряжению :

.

[латекс]\boldsymbol{I \propto V}.[/латекс]

Это важное соотношение известно как закон Ома. Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, где напряжение является причиной, а ток — следствием. Это эмпирический закон, аналогичный закону трения — экспериментально наблюдаемому явлению. Такая линейная зависимость не всегда имеет место.

Если напряжение управляет током, что этому препятствует? Электрическое свойство, препятствующее току (грубо похожее на трение и сопротивление воздуха), называется сопротивлением RR размером 12{R} {}. Столкновения движущихся зарядов с атомами и молекулами в веществе передают энергию веществу и ограничивают ток. Сопротивление определяется как обратно пропорциональное току, или

[латекс]\boldsymbol{I \propto}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{1}{R}}.[/латекс]

Так, например, ток уменьшается вдвое, если сопротивление удваивается. Сочетание отношений тока к напряжению и тока к сопротивлению дает

[латекс]\boldsymbol{I =}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{V}{R}}.[/латекс]

Это соотношение также называют законом Ома. Закон Ома в этой форме действительно определяет сопротивление для определенных материалов. Закон Ома (как и закон Гука) не является универсальным. Многие вещества, для которых выполняется закон Ома, называются омическими. К ним относятся хорошие проводники, такие как медь и алюминий, и некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах. Омические материалы обладают сопротивлением [латекс]\boldsymbol{R}[/латекс], которое не зависит от напряжения [латекс]\boldsymbol{V}[/латекс] и тока [латекс]\boldsymbol{I}[/латекс]. Объект, который имеет простое сопротивление, называется резистор , даже если его сопротивление мало. Единицей сопротивления является ом, который обозначается символом [латекс]\Омега[/латекс] (греческая омега в верхнем регистре). Перестановка [латекс]\boldsymbol{I = V/R}[/латекс] дает [латекс]\boldsymbol{R = V/I}[/латекс], поэтому единицами сопротивления являются 1 Ом = 1 вольт на ампер:

[латекс]\boldsymbol{1 \;\Omega = 1}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{V}{A}}[/латекс]

На рис. 1 показана схема простой цепи. Простая схема имеет один источник напряжения и один резистор. Можно предположить, что провода, соединяющие источник напряжения с резистором, имеют незначительное сопротивление, или их сопротивление можно включить в [латекс]\boldsymbol{R}[/латекс].

Рисунок 1. Простая электрическая цепь, в которой замкнутый путь для протекания тока обеспечивается проводниками (обычно металлическими проводами), соединяющими нагрузку с клеммами батареи, представленными красными параллельными линиями. Зигзагообразный символ представляет одиночный резистор и включает любое сопротивление в соединениях с источником напряжения.

Пример 1. Расчет сопротивления: автомобильная фара

Каково сопротивление автомобильной фары, через которую протекает ток 2,50 А при подаче на нее напряжения 12,0 В?

Стратегия

Мы можем переформулировать закон Ома, как указано [latex]\boldsymbol{I=V/R}[/latex], и использовать его для нахождения сопротивления.

Решение

Перестановка [латекс]\boldsymbol{I = V/R}[/латекс] и подстановка известных значений дает

[латекс]\жирныйсимвол{R =}[/латекс] [латекс]\жирныйсимвол{ \frac{V}{I}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{=}[/latex] [латекс]\boldsymbol{\frac{12,0 \;\textbf{V}}{2,50 \;\textbf{ A}}}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{= 4,80 \;\Омега }[/латекс]

Обсуждение

Это относительно небольшое сопротивление, но оно больше морозостойкости фары. Как мы увидим в главе 20.3. Сопротивление и удельное сопротивление, сопротивление обычно увеличивается с температурой, поэтому лампочка имеет более низкое сопротивление при первом включении и будет потреблять значительно больший ток в течение короткого периода прогрева. {-5} \;\Омега}[/латекс], а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления (они не омический). Сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит, как будет показано в главе 20.3 Сопротивление и удельное сопротивление.

Дополнительную информацию можно получить, решив [латекс]\жирныйсимвол{I = V/R}[/латекс], что даст

[латекс]\boldsymbol{V = IR}.[/латекс]

Это выражение для [latex]\boldsymbol{V}[/latex] можно интерпретировать как падение напряжения на резисторе, вызванное протеканием тока [latex]\boldsymbol{I}[/latex]. Фраза [латекс]\boldsymbol{IR}[/латекс]  падение часто используется для обозначения этого напряжения. Например, фара в примере 1 имеет падение [латекс]\жирный символ{ИК}[/латекс] 12,0 В. Если измерить напряжение в различных точках цепи, будет видно, что оно увеличивается в источнике напряжения и уменьшается у резистора. Напряжение аналогично давлению жидкости. Источник напряжения подобен насосу, создающему перепад давления, вызывающему ток — поток заряда. Резистор подобен трубе, которая снижает давление и ограничивает поток из-за своего сопротивления. Сохранение энергии имеет здесь важные последствия. Источник напряжения поставляет энергию (вызывая электрическое поле и ток), а резистор преобразует ее в другую форму (например, в тепловую энергию). В простой схеме (с одним простым резистором) напряжение, подаваемое источником, равно падению напряжения на резисторе, поскольку [latex]\boldsymbol{PE = q \Delta V}[/latex] и тот же [ латекс]\boldsymbol{q}[/latex] проходит через каждый. Таким образом, энергия, подаваемая источником напряжения, и энергия, преобразуемая резистором, равны. (См. рис. 2.)

Рисунок 2. Падение напряжения на резисторе в простой цепи равно выходному напряжению батареи.

Создание соединений: сохранение энергии

В простой электрической цепи единственный резистор преобразует энергию, поступающую от источника, в другую форму. О сохранении энергии здесь свидетельствует тот факт, что вся энергия, подаваемая источником, преобразуется в другую форму одним только резистором. Мы обнаружим, что закон сохранения энергии имеет и другие важные применения в цепях и является мощным инструментом анализа цепей.

PhET Исследования: Закон Ома

Посмотрите, как формула закона Ома соотносится с простой цепью. Отрегулируйте напряжение и сопротивление и посмотрите, как изменится ток в соответствии с законом Ома. Размеры символов в уравнении изменяются в соответствии с принципиальной схемой.

Рис. 3. Закон Ома
  • Простая схема — это схема, в которой есть один источник напряжения и одно сопротивление.
  • Одно из утверждений закона Ома дает взаимосвязь между током [латекс]\жирныйсимвол{I}[/латекс], напряжением [латекс]\жирныйсимвол{В}[/латекс] и сопротивлением [латекс]\жирныйсимвол{R}[/ латекс] в простой схеме должен быть [латекс]\boldsymbol{I = \frac{V}{R}}[/латекс].
  • Сопротивление выражается в омах ([латекс]\boldsymbol{\Omega}[/латекс]), связанных с вольтами и амперами как [латекс]\жирныйсимвол{1 \;\Omega = 1 \;\textbf{V} / \ textbf{A}}[/латекс].

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *