Формула ом: Origin DNS error | www.fluke.com

ЗАКОН ОМА

Электроника сейчас получила большое распространение, у всех дома много радиоприёмников, телефонов, компьютеров, планшетов, телевизоров фонариков и т.д. Это всё радиоэлектроника, поэтому некоторые люди заинтересовываются этим хобби, но не знают с чего начать. Наша цель рассказать в данном материале всё о Законе Ома.

Обозначения напряжения, тока, сопротивления

Всё же многие радиолюбители начинают с закона Ома. В закон Ома входят три единицы: напряжение, ток, сопротивление.

• Напряжение измеряется  в вольтах (В) и обозначается U.
• Сопротивление измеряется в Омах (Ом) и обозначается R.
• Ток в Амперах (А) и обозначается I.

Расчёт напряжения, тока и сопротивления

Закон Ома предназначен для того, чтобы найти неизвестную третью, если известны первая и вторая. С этого по подробней, чтобы облегчить закон Ома, будем пользоваться треугольником Ома. Вот этот треугольник:

Давайте разберёмся с напряжением, чтобы найти напряжение, используя треугольник Ома, надо закрыть рукой напряжение —

U, остались только I-ток и R-сопротивление, передними стоит вертикальная черта, вертикальная это черта снизу вверх, это вертикальная линия обозначает  умножение, значит, чтобы найти напряжение надо ток умножить на сопротивление.

   Вот такая формула получилась: U=I*R, где U-напряжение, I-ток, R-сопротивление.

Теперь давайте попробуем найти ток, прикроем рукой I, теперь перед напряжением и сопротивление стоит горизонтальная черта, горизонтальная, это та черта, которая идёт слева направо. Горизонтальная черта означает деление. Значит, чтобы найти ток, надо напряжение разделить на сопротивление.

   Формула получилась следующая: I= U\R, где I-ток, U-напряжение, R-сопротивление. 

Найдём сопротивление, закроем рукой

R, то получим опять горизонтальную черту перед напряжением и током, значит нужно делить.

   Формула получилась для расчёта сопротивления: R=U\I, где R-сопротивление, U-напряжение, I-ток. Итак, мы научились пользовать треугольником Ома и узнали о Законе Ома. Теперь, пожалуй, поучимся на примерах.

Примеры расчётов закона Ома

Давайте, найдём напряжение, если ток равен 0,9 Ампер, а сопротивление 100 Ом, пользуясь треугольником, прикрываем напряжение рукой, смотрим, вертикальная черта, значит умножить. Опять пользуемся той формулой, только подставляем числа, U = 0,9 А * 100 Ом, считаем, получиться 90, значит U = 90 вольт. 

Теперь рассчитываем сопротивление, берём те же единицы, только убираем сопротивление, получиться вот такая формула: R = 90 В \ 0,9 А, получим 100 Ом. 

Чтобы рассчитать ток, опять же убираем ток, получаем эту формулу I = 90 В \ 100 Ом, получаем  0,9 Ампер. Итак, на этом всё, кстати, закон Ома действует там, где нет катушек индуктивности и конденсаторов, не забивайте голову конденсаторами и катушками индуктивности, просто, запомните, что закон Ома действует, там, где нет катушек индуктивности и конденсаторов. Надеюсь, моя статья была полезной, всем удачи, с вами был Дмитрий Цывцын.

Закон Ома.

Закон Ома.

Программа КИП и А

В программу «КИП и А», в разделе «Электрика» включен блок расчета закона Ома для постоянного и переменного тока. Сначала немного теории..

Для постоянного тока

Закон Ома определяет зависимость между током (I), напряжением (U) и сопротивлением (R) в участке электрической цепи. Наиболее популярна формулировка:

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи, т.е.

I = U / R	где	I — сила тока, измеряемая в Амперах, (A)
		U — напряжение, измеряемое в Вольтах, (V)
		R — сопротивление, измеряется в Омах, (Ω)

Закон Ома, является основополагающим в электротехнике и электронике. Без его понимания также не представляется работа подготовленного специалиста в области КИП и А. Когда-то была даже распространена такая поговорка, — «Не знаешь закон Ома, — сиди дома..».

Помимо закона Ома, важнейшим является понятие электрической мощности, P:

Мощность постоянного тока (P) равна произведению силы тока (I) на напряжение (U), т.е.

P = I × U	где	P — эл. мощность, измеряемая в Ваттах, (W)
		I — сила тока, измеряемая в Амперах, (A)
		U — напряжение, измеряемое в Вольтах, (V)

Комбинируя эти две формулы, выведем зависимость между силой тока, напряжением, сопротивлением и мощностью, и создадим таблицу:

Сила тока,	I=	U/R	P/U	√(P/R)
Напряжение,	U=	I×R	P/I	√(P×R)
Сопротивление,	R=	U/I	P/I²	U²/P
Мощность,	P=	I×U	I²×R	U²/R

Практический пример использования таблицы: Покупая в магазине утюг, мощностью 1 кВт (1 кВт = 1000 Вт), высчитываем на какой минимальный ток должна быть рассчитана розетка в которую предполагается включать данную покупку:
Несмотря на то, что утюг включается в сеть переменного тока, пренебрегаем его реактивным сопротивлением (см. ниже), и используем упрощенную формулу для постоянного тока. Находим в таблице I = P / U. Получаем: 1000 кВт / 220 В (напряжение сети) = 4,5 Ампера. Это и есть минимальный ток, который должна выдерживать розетка, при подключении к ней нагрузки мощностью 1 кВт.

Наиболее распространенные множительные приставки:

• Сила тока, Амперы (A): 1 килоампер (1 kА) = 1000 А. 1 миллиампер (1 mA) = 0,001 A. 1 микроампер (1 µA) = 0,000001 A.
• Напряжение, Вольты (V): 1 киловольт (1kV) = 1000 V. 1 милливольт (1 mV) = 0,001 V. 1 микровольт (1 µV) = 0,000001 V.
• Сопротивление, Омы (Om): 1 мегаом (1 MOm) = 1000000 Om. 1 килоом (1 kOm) = 1000 Om.
• Мощность, Ватты (W): 1 мегаватт (1 MW) = 1000000 W. 1 киловатт (1 kW) = 1000 W. 1 милливатт (1 mW) = 0,001 W.

Для переменного тока

В цепи переменного тока закон Ома может иметь некоторые особенности, описанные ниже.

Импеданс, Z

В цепи переменного тока, сопротивление кроме активной (R), может иметь как емкостную (C), так и индуктивную (L) составляющие. В этом случае вводится понятие электрического импеданса, Z (полного или комплексного сопротивления для синусоидального сигнала). Упрощенные схемы комплексного сопротивления приведены на рисунках ниже, слева для последовательного, справа для параллельного соединения индуктивной и емкостной составляющих.

Последовательное включение R, L, C
Параллельное включение R, L, C

Также, полное сопротивление, Z зависит не только от емкостной (C), индуктивной (L) и активной (R) составляющих, но и от частоты переменного тока.

Импеданс, Полное сопротивление, Z
При последовательном включении R, L, C	При параллельном включении R, L, C
Z=√(R2+(ωL-1/ωC)2)	Z=1/ √(1/R2+(1/ωL-ωC)2)
где,
ω = 2πγ — циклическая, угловая частота; γ — частота переменного тока.

Коэффициент мощности, Cos(φ)

Коэффициент мощности, в самом простом понимании, это отношение активной мощности (P) потребителя электрической энергии к полной (S) потребляемой мощности, т. е.

Cos(φ) = P / S

Он также показывает насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.

Изменяется от 0 до 1. Если нагрузка не содержит реактивных составляющих (емкостной и индуктивной), то коэффициент мощности равен единице.
Чем ближе Cos(φ) к единице, тем меньше потерь энергии в электрической цепи.

Исходя из вышеперечисленных понятий импеданса Z и коэффициента мощности Cos(φ), характерных для переменного тока, выведем формулу закона Ома, коэффициента мощности и их производные для цепей переменного тока:

I = U / Z	где	I — сила переменного тока, измеряемая в Амперах, (A)
		U — напряжение переменного тока, измеряемое в Вольтах, (V)
		Z — полное сопротивление (импеданс), измеряется в Омах, (Ω)

Производные формулы:

Сила тока,	I=	U/Z	P/(U×Cos(φ))	√(P/Z)
Напряжение,	U=	I×Z	P/(I×Cos(φ))	√(P×Z)
Полное сопротивление, импеданс	Z=	U/I	P/I²	U²/P
Мощность,	P=	I²×Z	I×U×Cos(φ)	U²/Z

Программа «КИП и А» имеет в своем составе блок расчета закона Ома как для постоянного и переменного тока, так и для расчета импеданса и коэффициента мощности Cos(φ). Скриншоты представлены на рисунках внизу:

Закон Ома для постоянного тока
Закон Ома для переменного тока
Расчет полного сопротивления
Расчет коэффициента мощности Cos(φ)

 

Закон Ома. Для цепей и тока. Формулы и применение

Георг Симон Ом начал свои исследования вдохновляясь знаменитым трудом Жана Батиста Фурье «Аналитическая теория тепла». В этой работе Фурье представлял тепловой поток между двумя точками как разницу температур, а изменение теплового потока связывал с его прохождением через препятствие неправильной формы из теплоизолирующего материала. Аналогично этому Ом обуславливал возникновение электрического тока разностью потенциалов.

История

Исходя из этого Ом стал экспериментировать с разными материалами проводника. Для того, чтобы определить их проводимость он подключал их последовательно и подгонял их длину таким образом, чтобы сила тока была одинаковой во всех случаях.

Важно при таких измерениях было подбирать проводники одного и того же диаметра. Ом, замеряя проводимость серебра и золота, получил результаты, которые по современным данным не отличаются точностью. Так, серебряный проводник у Ома проводил меньше электрического тока, чем золотой. Сам Ом объяснял это тем, что его проводник из серебра был покрыт маслом и из-за этого, по всей видимости, опыт не дал точных результатов.

Однако не только с этим были проблемы у физиков, которые в то время занимались подобными экспериментами с электричеством. Большие трудности с добычей чистых материалов без примесей для опытов, затруднения с калибровкой диаметра проводника искажали результаты тестов. Еще большая загвоздка состояла в том, что сила тока постоянно менялась во время испытаний, поскольку источником тока служили переменные химические элементы. В таких условиях Ом вывел логарифмическую зависимость силы тока от сопротивления провода.

Немногим позже немецкий физик Поггендорф, специализировавшийся на электрохимии, предложил Ому заменить химические элементы на термопару из висмута и меди. Ом начал свои эксперименты заново. В этот раз он пользовался термоэлектрическим устройством, работающем на эффекте Зеебека в качестве батареи. К нему он последовательно подключал 8 проводников из меди одного и того же диаметра, но различной длины. Чтобы измерить силу тока Ом подвешивал с помощью металлической нити над проводниками магнитную стрелку. Ток, шедший параллельно этой стрелке, смещал ее в сторону. Когда это происходило физик закручивал нить до тех пор, пока стрелка не возвращалась в исходное положение. Исходя из угла, на который закручивалась нить можно было судить о значении силы тока.

В результате нового эксперимента Ом пришел к формуле:

Х = a / b + l

Здесь X – интенсивность магнитного поля провода, l – длина провода, a – постоянная величина напряжения источника, b – постоянная сопротивления остальных элементов цепи.

Если обратиться к современным терминам для описания данной формулы, то мы получим, что Х – сила тока, а – ЭДС источника, b + l – общее сопротивление цепи.

Закон Ома для участка цепи

Закон Ома для отдельного участка цепи гласит: сила тока на участке цепи увеличивается при возрастании напряжения и уменьшается при возрастании сопротивления этого участка.

I = U / R

Исходя из этой формулы, мы можем решить, что сопротивление проводника зависит от разности потенциалов. С точки зрения математики, это правильно, но ложно с точки зрения физики. Эта формула применима только для расчета сопротивления на отдельном участке цепи.

Чтобы рассчитать сопротивление проводника, нужно перемножить его длину на удельное сопротивление его материала и разделить на площадь поперечного сечения.

Таким образом формула для расчета сопротивления проводника примет вид:

R = p ⋅ l / s

Закон Ома для полной цепи

Отличие закона Ома для полной цепи от закона Ома для участка цепи заключается в том, что теперь мы должны учитывать два вида сопротивления. Это «R» сопротивление всех компонентов системы и «r» внутреннее сопротивление источника электродвижущей силы. Формула таким образом приобретает вид:

I = U / R + r

Закон Ома для переменного тока

Переменный ток отличается от постоянного тем, что он изменяется с определенными временными периодами. Конкретно он изменяет свое значение и направление. Чтобы применить закон Ома здесь нужно учитывать, что сопротивление в цепи с постоянным током может отличатся от сопротивления в цепи с током переменным. И отличается оно в том случае если в цепи применены компоненты с реактивным сопротивлением. Реактивное сопротивление может быть индуктивным (катушки, трансформаторы, дроссели) и емкостными (конденсатор).

Попробуем разобраться, в чем реальная разница между реактивным и активным сопротивлением в цепи с переменным током. Вы уже должны были понять, что значение напряжение и силы тока в такой цепи меняется со временем и имеют, грубо говоря, волновую форму.

Если мы схематически представим, как с течением времени меняются эти два значения, у нас получится синусоида. И напряжение, и сила тока от нуля поднимаются до максимального значения, затем, опускаясь, проходят через нулевое значение и достигают максимального отрицательного значения. После этого снова поднимаются через нуль до максимального значения и так далее. Когда говорится, что сила тока или напряжение имеет отрицательное значение, здесь имеется ввиду, что они движутся в обратном направлении.

Весь процесс происходит с определенной периодичностью. Та точка, где значение напряжения или силы тока из минимального значения поднимаясь к максимальному значению проходит через нуль называется фазой.

На самом деле, это только предисловие. Вернемся к реактивному и активному сопротивлению. Отличие активного сопротивления от реактивного в том, что в цепи с активным сопротивлением фаза тока совпадает с фазой напряжения. То есть, и значение силы тока, и значение напряжения достигают максимума в одном направлении одновременно. В таком случае наша формула для расчета напряжения, сопротивления или силы тока не меняется.

Если же цепь содержит реактивное сопротивление, фазы тока и напряжения сдвигаются друг от друга на ¼ периода. Это означает, что, когда сила тока достигнет максимального значения, напряжение будет равняться нулю и наоборот. Когда применяется индуктивное сопротивление, фаза напряжения «обгоняет» фазу тока. Когда применяется емкостное сопротивление, фаза тока «обгоняет» фазу напряжения.

Формула для расчета падения напряжения на индуктивном сопротивлении:

U = I ⋅ ωL

Где L – индуктивность реактивного сопротивления, а ω – угловая частота (производная по времени от фазы колебания).

Формула для расчета падения напряжения на емкостном сопротивлении:

U = I / ω ⋅ С

С – емкость реактивного сопротивления.

Эти две формулы – частные случаи закона Ома для переменных цепей.

Полный же будет выглядеть следующем образом:

I = U / Z

Здесь Z – полное сопротивление переменной цепи известное как импеданс.

Сфера применения

Закон Ома не является базовым законом в физике, это лишь удобная зависимость одних значений от других, которая подходит почти в любых ситуациях на практике. Поэтому проще будет перечислить ситуации, когда закон может не срабатывать:

• Если есть инерция носителей заряда, например, в некоторых высокочастотных электрических полях;
• В сверхпроводниках;
• Если провод нагревается до такой степени, что вольтамперная характеристика перестает быть линейной. Например, в лампах накаливания;
• В вакуумных и газовых радиолампах;
• В диодах и транзисторах.

Похожие темы:

Закон Ома

В 1826 величайший немецкий физик Георг Симон Ом публикует свою работу «Определение закона, по которому металлы проводят контактное электричество», где дает формулировку знаменитому закону. Ученые того времени встретили враждебно публикации великого физика. И лишь после того, как другой ученый – Клод Пулье, пришел к тем же выводам опытным путем, закон Ома признали во всем мире.

Закон Ома – физическая закономерность, которая определяет взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением проводника. Он имеет две основные формы.

Закон Ома для участка цепи

Формулировка закона Ома для участка цепи – сила тока прямо пропорциональна напряжению, и обратно пропорциональна сопротивлению.

Это простое выражение помогает на практике решать широчайший круг вопросов. Для лучшего запоминания решим задачу.

  Задача 1.1

Рассчитать силу тока, проходящую по медному проводу длиной 100 м, площадью поперечного сечения 0,5 мм², если к концам провода приложено напряжение 12 B.

Задача простая, заключается в нахождении сопротивления медной проволоки с последующим расчетом силы тока по формуле закона Ома для участка цепи. Приступим.

Закон Ома для полной цепи

Формулировка закона Ома для полной цепи — сила тока прямо пропорциональна сумме ЭДС цепи, и обратно пропорциональна сумме сопротивлений источника и цепи , где E – ЭДС, R- сопротивление цепи, r – внутреннее сопротивление источника.

Здесь могут возникнуть вопросы. Например, что такое ЭДС? Электродвижущая сила — это физическая величина, которая характеризует работу внешних сил в источнике ЭДС. К примеру, в обычной пальчиковой батарейке, ЭДС является химическая реакция, которая заставляет перемещаться заряды от одного полюса к другому. Само слово электродвижущая говорит о том, что эта сила двигает электричество, то есть заряд.

В каждом источнике присутствует внутреннее сопротивление r, оно зависит от параметров самого источника. В цепи также существует сопротивление R, оно зависит от параметров самой цепи.

Формулу закона Ома для полной цепи можно представить в другом виде. А именно: ЭДС источника цепи равна сумме падений напряжения на источнике и на внешней цепи.

Для закрепления материала, решим две задачи на формулу закона Ома для полной цепи.

  Задача 2.1

Найти силу тока в цепи, если известно что сопротивление цепи 11 Ом, а источник подключенный к ней имеет ЭДС 12 В и внутреннее сопротивление 1 Ом.

 

Теперь решим задачу посложнее.

  Задача 2.2

Источник ЭДС подключен к резистору сопротивлением 10 Ом с помощью медного провода длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм². Найти силу тока, зная что ЭДС источника равно 12 В, а внутреннее сопротивление 1,9825 Ом.

Приступим.

Мнемоническая диаграмма

Для лучшего запоминания закона Ома существует мнемоническая диаграмма, благодаря которой можно всегда напомнить себе формулу. Пользоваться этой диаграммой очень просто. Достаточно закрыть искомую величину и две другие укажут, как её найти. Потренируйтесь, это может вам пригодится.

Успехов в изучении электричества! Рекомендуем прочесть статью — законы Кирхгофа.

Просмотров: 22685

Как читается закон ома для участка цепи — MOREREMONTA

Немецкий физик Георг Симон Ом (1787—1854) открыл основной закон электрической цепи.

Закон Ома для участка цепи:

Определение: Cила тока I на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению U на концах участка и обратно пропорциональна его сопротивлению R.

1. I — сила тока (в системе СИ измеряется — Ампер)
2. Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
3. Формула: I=frac
4. U — напряжение (в системе СИ измеряется — Вольт)

Падение напряжения на участке проводника равно произведению силы тока в проводнике на сопротивление этого участка.

Формула: U=IR

R— электрическое сопротивление (в системе СИ измеряется — Ом).

Электрическое сопротивление R это отношение напряжения на концах проводника к силе тока, текущего по проводнику.

Формула R=frac

Определение единицы сопротивления — Ом

1 Ом представляет собой электрическое сопротивление участка проводника, по которому при напряжении 1(Вольт) протекает ток 1 (Ампер).

Закон Ома для полной цепи

Определение: Сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника

Формула I=frac <varepsilon>

• varepsilon — ЭДС источника напряжения, В;
• I — сила тока в цепи, А;
• R — сопротивление всех внешних элементов цепи, Ом;
• r — внутреннее сопротивление источника напряжения, Ом.

Как запомнить формулы закона Ома

Треугольник Ома поможет запомнить закон. Нужно закрыть искомую величину, и два других символа дадут формулу для её вычисления.

.

• U — электрическое напряжение;
• I — сила тока;
• P — электрическая мощность;
• R — электрическое сопротивление

Смотри также:

Для закрепления своих знаний решай задания и варианты ЕГЭ по физике с ответами и пояснениями.

Скажу сразу, что закон Ома – основной закон электротехники и применяется для расчета таких величин, как: ток, напряжение и сопротивление в цепи.

Рассмотрим электрическую цепь, приведенную на рисунке 1.

Рисунок 1. Простейшая цепь, поясняющея закон Ома.

Мы знаем, что электрический ток, то есть поток электронов, возникает в цепи между двумя точками (на рисунке А и Б) с разными потенциалами. Тогда следует считать, что чем больше разность потенциалов, тем большее количество электронов переместятся из точки с низким потенциалом (Б) в точку с высоким потенциалом (А). Количественно ток выражается суммой зарядов прошедших через заданную точку и увеличение разности потенциалов, то есть приложенного напряжения к резистору R, приведет к увеличению тока через резистор.

С другой стороны сопротивление резистора противодействует электрическому току. Тогда следует сказать, что чем больше сопротивление резистора, тем меньше будет средняя скорость электронов в цепи, а это ведет к уменьшению тока через резистор.

Совокупность двух этих зависимостей (тока от напряжения и сопротивления) известна как закон Ома для участка цепи и записывается в следующем виде:

I=U/R

Это выражение читается следующим образом: сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Следует знать что:

I – величина тока, протекающего через участок цепи;

U – величина приложенного напряжения к участку цепи;

R – величина сопротивления рассматриваемого участка цепи.

При помощи закона Ома для участка цепи можно вычислить приложенное напряжение к участку цепи (рисунок 1), либо напряжение на входных зажимах цепи (рисунок 2).

Рисунок 2. Последовательная цепь, поясняющая расчет напряжения на зажимах цепи.

В этом случае формула (1) примет следующий вид:

U = I *R

Но при этом необходимо знать ток и сопротивление участка цепи.

Третий вариант закона Ома для участка цепи, позволяющий рассчитать сопротивление участка цепи по известным значениям тока и напряжения имеет следующий вид:

R =U/I

Как запомнить закон Ома: маленькая хитрость!

Для того, что бы быстро переводить соотношение, которое называется закон Ома, не путаться, когда необходимо делить, а когда умножать входящие в формулу закона Ома величины, поступайте следующим образом. Напишите на листе бумаги величины, которые входят в закон Ома, так как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Как запомнить закон Ома.

Теперь закройте пальцем, ту величину, которую необходимо найти. Тогда относительное расположение оставшихся незакрытыми величин подскажет, какое действие необходимо совершить для вычисления неизвестной величины.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Говорят: «не знаешь закон Ома – сиди дома». Так давайте же узнаем (вспомним), что это за закон, и смело пойдем гулять.

Основные понятия закона Ома

Как понять закон Ома? Нужно просто разобраться в том, что есть что в его определении. И начать следует с определения силы тока, напряжения и сопротивления.

Сила тока I

Пусть в каком-то проводнике течет ток. То есть, происходит направленное движение заряженных частиц – допустим, это электроны. Каждый электрон обладает элементарным электрическим зарядом (e= -1,60217662 × 10 -19 Кулона). В таком случае через некоторую поверхность за определенный промежуток времени пройдет конкретный электрический заряд, равный сумме всех зарядов протекших электронов.

Отношение заряда к времени и называется силой тока. Чем больший заряд проходит через проводник за определенное время, тем больше сила тока. Сила тока измеряется в Амперах.

Напряжение U, или разность потенциалов

Это как раз та штука, которая заставляет электроны двигаться. Электрический потенциал характеризует способность поля совершать работу по переносу заряда из одной точки в другую. Так, между двумя точками проводника существует разность потенциалов, и электрическое поле совершает работу по переносу заряда.

Физическая величина, равная работе эффективного электрического поля при переносе электрического заряда, и называется напряжением. Измеряется в Вольтах. Один Вольт – это напряжение, которое при перемещении заряда в 1 Кл совершает работу, равную 1 Джоуль.

Сопротивление R

Ток, как известно, течет в проводнике. Пусть это будет какой-нибудь провод. Двигаясь по проводу под действием поля, электроны сталкиваются с атомами провода, проводник греется, атомы в кристаллической решетке начинают колебаться, создавая электронам еще больше проблем для передвижения. Именно это явление и называется сопротивлением. Оно зависит от температуры, материала, сечения проводника и измеряется в Омах.

Памятник Георгу Симону Ому

Формулировка и объяснение закона Ома

Закон немецкого учителя Георга Ома очень прост. Он гласит:

Сила тока на участке цепи прямо пропорционально напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Георг Ом вывел этот закон экспериментально (эмпирически) в 1826 году. Естественно, чем больше сопротивление участка цепи, тем меньше будет сила тока. Соответственно, чем больше напряжение, тем и ток будет больше.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Данная формулировка закона Ома – самая простая и подходит для участка цепи. Говоря «участок цепи» мы подразумеваем, что это однородный участок, на котором нет источников тока с ЭДС. Говоря проще, этот участок содержит какое-то сопротивление, но на нем нет батарейки, обеспечивающей сам ток.

Если рассматривать закон Ома для полной цепи, формулировка его будет немного иной.

Пусть у нас есть цепь, в ней есть источник тока, создающий напряжение, и какое-то сопротивление.

Закон запишется в следующем виде:

Объяснение закона Ома для полой цепи принципиально не отличается от объяснения для участка цепи. Как видим, сопротивление складывается из собственно сопротивления и внутреннего сопротивления источника тока, а вместо напряжения в формуле фигурирует электродвижущая сила источника.

Кстати, о том, что такое что такое ЭДС, читайте в нашей отдельной статье.

Как понять закон Ома?

Чтобы интуитивно понять закон Ома, обратимся к аналогии представления тока в виде жидкости. Именно так думал Георг Ом, когда проводил опыты, благодаря которым был открыт закон, названный его именем.

Представим, что ток – это не движение частиц-носителей заряда в проводнике, а движение потока воды в трубе. Сначала воду насосом поднимают на водокачку, а оттуда, под действием потенциальной энергии, она стремиться вниз и течет по трубе. Причем, чем выше насос закачает воду, тем быстрее она потечет в трубе.

Отсюда следует вывод, что скорость потока воды (сила тока в проводе) будет тем больше, чем больше потенциальная энергия воды (разность потенциалов)

Сила тока прямо пропорциональна напряжению.

Теперь обратимся к сопротивлению. Гидравлическое сопротивление – это сопротивление трубы, обусловленное ее диаметром и шероховатостью стенок. Логично предположить, что чем больше диаметр, тем меньше сопротивление трубы, и тем большее количество воды (больший ток) протечет через ее сечение.

Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.

Такую аналогию можно проводить лишь для принципиального понимания закона Ома, так как его первозданный вид – на самом деле довольно грубое приближение, которое, тем не менее, находит отличное применение на практике.

В действительности, сопротивление вещества обусловлено колебанием атомов кристаллической решетки, а ток – движением свободных носителей заряда. В металлах свободными носителями являются электроны, сорвавшиеся с атомных орбит.

Ток в проводнике

В данной статье мы постарались дать простое объяснение закона Ома. Знание этих на первый взгляд простых вещей может сослужить Вам неплохую службу на экзамене. Конечно, мы привели его простейшую формулировку закона Ома и не будем сейчас лезть в дебри высшей физики, разбираясь с активным и реактивным сопротивлениями и прочими тонкостями.

Если у Вас возникнет такая необходимость, Вам с удовольствием помогут сотрудники нашего студенческого сервиса. А напоследок предлагаем Вам посмотреть интересное видео про закон Ома. Это действительно познавательно!

Закон Ома для участка цепи. Определение, формула расчета, калькулятор

В 1827 году  Георг Ом  опубликовал свои исследования, которые составляют основу формулы, используемую и по сей день. Ом выполнил большую серию экспериментов, которые показали связь между приложенным напряжением и током, протекающим через проводник.

Этот закон является эмпирическим, то есть основанный на опыте. Обозначение «Ом» принято в качестве официальной единицы СИ для электрического сопротивления.

 

Закон Ома для участка цепи гласит, что электрический ток в проводнике прямо пропорционален разности потенциалов в нем и обратно пропорционален его сопротивлению. Принимая во внимание, что сопротивление проводника (не путать с удельным сопротивлением) величина постоянная, можно оформить это следующей формулой:

где

• I — тока в амперах (А)
• V — напряжение в вольтах (В)
• R — сопротивления в омах (Ом)

Для наглядности: резистор имеющий сопротивление 1 Ом, через который протекает ток силой в 1 А на своих выводах имеет разность потенциалов (напряжение) в  1 В.

Немецкий физик Кирхгоф (известен своими правилами Кирхгофа) сделал обобщение, которое больше используется в физике:

Паяльная станция 2 в 1 с ЖК-дисплеем

Мощность: 800 Вт, температура: 100…480 градусов, поток возду…

где

• σ – проводимость материала
• J — плотность тока
• Е — электрическое поле.

Закон Ома и резистор

Резисторы являются пассивными элементами, которые оказывают сопротивление потоку электрического тока в цепи. Резистор, который функционирует в соответствии с законом Ома, называется омическим сопротивлением. Когда ток проходит через такой резистор, то падение напряжения на его выводах пропорционально величине сопротивления.

Формула Ома остается справедливой и для цепей с переменным напряжением и током. Для конденсаторов и катушек индуктивности закон Ома не подходит, так как их ВАХ (вольт-амперная характеристика) по сути, не является линейной.

Формула Ома действует так же для схем с несколькими резисторами, которые могут быть соединены последовательно, параллельно или иметь смешанное соединение. Группы резисторов, соединенные последовательно или параллельно могут быть упрощены в виде эквивалентного сопротивления.

В статьях о параллельном и последовательно соединении более подробно описано как это сделать.

Немецкий физик Георг Симон Ом опубликовал в 1827 свою полную теорию электричества под названием «теория гальванической цепи». Он нашел, что падение напряжения на участке цепи является результатом работы тока, протекающего через сопротивление этого участка цепи. Это легло в основу закона, который мы используем сегодня. Закон является одним из основных уравнений для резисторов. 

Закон Ома — формула

Формула закона Ома может быть использована, когда известно две из трех переменных. Соотношение между сопротивлением, током и напряжением может быть записано по-разному. Для усвоения и запоминания может быть полезен «треугольник Ома».

или

или

  Ниже приведены два примера использования такого треугольного калькулятора.

Имеем резистор сопротивлением в 1 Ом в цепи с падением напряжения от 100В до 10В на своих выводах. Какой ток протекает через этот резистор? Треугольник напоминает нам, что:
Имеем резистор сопротивлением в 10 Ом через который протекает ток в 2 Ампера при напряжении 120В. Какое будет падение напряжения на этом резисторе? Использование треугольника показывает нам, что:Таким образом, напряжение на выводе будет 120-20 = 100 В.

Закон Ома — мощность

Когда через резистор протекает электрический ток, он рассеивает определенную часть мощности в виде тепла.

Мощность является функцией протекающего тока I (А) и приложенного напряжения V (В):

где

• Р — мощность в ваттах (В)

В сочетании с законом Ома для участка цепи, формулу можно преобразовать в следующий вид:

или

Идеальный резистор рассеивает всю энергию и не сохраняет электрическую или магнитную энергию. Каждый резистор имеет предел мощности, которая может быть рассеяна, не оказывая повреждение резистору. Это мощность называется номинальной. 

Окружающие условия могут снизить или повысить это значение. Например, если окружающий воздух горячий, то способность рассеять излишнее тепло у резистора снижается, и на оборот, при низкой температуре окружающего воздух рассеиваемая способность резистора возрастает.

На практике, резисторы редко имеют обозначение номинальной мощности. Тем не менее, большинство из резисторов рассчитаны на 1/4 или 1/8 Вт.

Ниже приведена круговая диаграмма, которая поможет вам быстро определить связь между мощностью, силой тока, напряжением и сопротивлением. Для каждого из четырех параметров показано, как вычислить свое значение.

Закон Ома — калькулятор

Данный онлайн калькулятор закона Ома позволяет определить взаимосвязь между силой тока, электрическим напряжением, сопротивлением проводника и мощностью. Для расчета введите любые два параметра и нажмите кнопку расчет:

Для закрепления понимания работы закона Ома, приведем несколько задач для самостоятельного решения.

Закон Ома

Закон Ома — физический закон, определяющий зависимость между электрическими величинами — напряжением, сопротивлением и током для проводников.
Впервые открыл и описал его в 1826 году немецкий физик Георг Ом, показавший (с помощью гальванометра) количественную связь между электродвижущей силой, электрическим током и свойствами проводника, как пропорциональную зависимость.
Впоследствии свойства проводника, способные противостоять электрическому току на основе этой зависимости, стали называть электрическим сопротивлением (Resistance), обозначать в расчётах и на схемах буквой R и измерять в Омах в честь первооткрывателя.
Сам источник электрической энергии также обладает внутренним сопротивлением, которое принято обозначать буквой r.

Закон Ома для участка цепи

Со школьного курса физики всем хорошо известна классическая трактовка Закона Ома:

Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника и обратно пропорциональна его сопротивлению.

I = U/R

Это значит, если к концам проводника сопротивлением R = 1 Ом приложено напряжение U = 1 Вольт, тогда величина тока I в проводнике будет равна 1/1 = 1 Ампер.

Отсюда следуют ещё два полезных соотношения:

Если в проводнике, сопротивлением 1 Ом, протекает ток 1 Ампер, значит на концах проводника напряжение 1 Вольт (падение напряжения).

U = IR

Если на концах проводника есть напряжение 1 Вольт и по нему протекает ток 1 Ампер, значит сопротивление проводника равно 1 Ом.

R = U/I

Вышеописанные формулы в таком виде могут быть применимы для переменного тока лишь в том случае, если цепь состоит только из активного сопротивления R.
Кроме того, следует помнить, что Закон Ома справедлив только для линейных элементов цепи.

Предлагается простой Онлайн-калькулятор для практических расчётов.

Закон Ома. Расчёт напряжения, сопротивления, тока, мощности.
После сброса ввести два любых известных параметра.

I=U/R;   U=IR;   R=U/I; P=UI   P=U²/R;   P=I²R; R=U²/P;   R=P/I²   U=√(PR)   I= √(P/R)

---

Закон Ома для замкнутой цепи

Если к источнику питания подключить внешнюю цепь сопротивлением R, в цепи пойдёт ток с учётом внутреннего сопротивления источника:

I — Сила тока в цепи.
— Электродвижущая сила (ЭДС) — величина напряжения источника питания не зависящая от внешней цепи (без нагрузки). Характеризуется потенциальной энергией источника.
r — Внутреннее сопротивление источника питания.

Для электродвижущей силы внешнеее сопротивление R и внутреннее r соединены последовательно, значит величина тока в цепи определится значением ЭДС и суммой сопротивлений: I = /(R+r) .

Напряжение на выводах внешней цепи определится исходя из силы тока и сопротивления R соотношением, которое уже рассматривалось выше: U = IR.
Напряжение U, при подключении нагрузки R, всегда будет меньше чем ЭДС на величину произведения I*r, которую называют падением напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания.
С этим явлением мы сталкиваемся достаточно часто, когда видим в работе частично разряженные батарейки или аккумуляторы.
По мере разряда, увеличивается их внутреннее сопротивление, следовательно, увеличивается падение напряжение внутри источника, значит уменьшается внешнее напряжение U = — I*r.
Чем меньше ток и внутреннее сопротивление источника, тем ближе по значению его ЭДС и напряжение на его выводах U.
Если ток в цепи равен нулю, следовательно, = U. Цепь разомкнута, ЭДС источника равна напряжению на его выводах.

В случаях, когда внутренним сопротивлением источника можно пренебречь (r ≈ 0), напряжение на выводах источника будет равно ЭДС ( ≈ U ) независимо от сопротивления внешней цепи R.
Такой источник питания называют источником напряжения.

---

Закон Ома для переменного тока

При наличии индуктивности или ёмкости в цепи переменного тока необходимо учитывать их реактивное сопротивление.
В таком случае запись Закона Ома будет иметь вид:

I = U/Z

Здесь Z — полное (комплексное) сопротивление цепи — импеданс. В него входит активная R и реактивная X составляющие.
Реактивное сопротивление зависит от номиналов реактивных элементов, от частоты и формы тока в цепи.
Более подробно ознакомится с комплексным сопротивлением можно на страничке импеданс.

С учётом сдвига фаз φ, созданного реактивными элементами, для синусоидального переменного тока обычно записывают Закон Ома в комплексной форме:

— комплексная амплитуда тока. = I_ampe ^jφ
— комплексная амплитуда напряжения. = U_ampe ^jφ
— комплексное сопротивление. Импеданс.
φ — угол сдвига фаз между током и напряжением.
e — константа, основание натурального логарифма.
j — мнимая единица.
I_amp , U_amp — амплитудные значения синусоидального тока и напряжения.

Нелинейные элементы и цепи

Закон Ома не является фундаментальным законом природы и может быть применим в ограниченных случаях, например, для большинства проводников.
Его невозможно использовать для расчёта напряжения и тока в полупроводниковых или электровакуумных приборах, где эта зависимость не является пропорциональной и её можно определять только с помощью вольтамперной характеристики (ВАХ). К данной категории элементов относятся все полупроводниковые приборы (диоды, транзисторы, стабилитроны, тиристоры, варикапы и т.д.) и электронные лампы.
Такие элементы и цепи, в которых они используются, называют нелинейными.

Похожие статьи: Постоянный ток. Переменный ток.

---

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Ом: определение и формула | Study.com

Определение Ом

Ом — это единица измерения электрического сопротивления между двумя точками на резисторе, проводнике, устройстве или цепи. Один Ом означает, что разность потенциалов (напряжение) 1 В между этими двумя точками дает ток 1 А. На следующих схемах показаны примеры того, как это может происходить:

Примеры сопротивления в цепях

В общем, эта взаимосвязь между любым напряжением, током и сопротивлением моделируется законом Ома , который мы определим как уравнение в следующей форме:

Ом Пример простой схемы

Предположим, что у неизвестного «черного ящика» есть две электрические клеммы.Вы подключаете батарею 6 В и амперметр (который измеряет ток) последовательно с черным ящиком, как показано. Предположим, что амперметр и провода имеют нулевое сопротивление. В цепи измеряется ток 60 мА (миллиампер или тысячные доли ампера). Какое сопротивление черного ящика в Ом?

Черный ящик с неизвестным сопротивлением

Применяя закон Ома, мы находим:

Действительно плохой юмор

Инженеры и ученые обычно не отличаются особенным юмором, но есть несколько шуток, которыми стоит поделиться.Посмотрите, сможете ли вы выяснить известные выражения, изображенные на следующих рисунках (A, B и C):

Сдаться? A — это «Ом в диапазоне»; B — «без ома»; C — это «растяжение в омах». Сказал вам, что это был действительно дурной юмор! Ладно, вернемся к уроку.

Ом и мощность

Электрическая мощность (мощность) — это произведение напряжения и тока, поэтому мы можем подставить закон Ома в уравнение мощности и найти соотношение для сопротивления на основе мощности (в ваттах, Вт) и либо напряжение или ток:

Например, если мы знаем, что лампочка мощностью 75 Вт потребляет ток 5 ампер, мы можем найти внутреннее сопротивление лампы:

Другая формула для определения сопротивления

Сопротивление специально разработано для резисторов и интегральных схем с использованием удельного сопротивления материала. Удельное сопротивление определяется как степень сопротивления материала движению электронов в зависимости от объема. Он измеряется в омах на метр длины материала, на квадратный метр площади поперечного сечения материала. Это просто сводится к единицам ом-метрам. Формула для определения удельного сопротивления:

Ниже приведен пример блока кремния с удельным сопротивлением 20 Ом-метров.Мы хотим найти сопротивление в омах, измеренное от одной стороны блока до другой.

Слиток кремния для примера удельного сопротивления

Сопротивление будет следующим:

Еще плохой юмор

Попробуем еще. Как вы думаете, это что?

Ага, это песня My Old Kentucky Ohm.’

Сводка

Ом — это единица электрического сопротивления, определяемая между двумя точками в цепи или через проводник, резистор или устройство. Один Ом означает, что напряжение в один вольт между двумя точками создает ток в один ампер. Математическая взаимосвязь между сопротивлением, напряжением и током задается законом Ома , который гласит, что сопротивление (в омах) равно напряжению, деленному на ток.

Электрическое сопротивление препятствует прохождению тока так же, как дренаж препятствует прохождению воды.Чем более ограничен слив, тем медленнее течет вода при постоянной силе. То же самое и с электрическими цепями — чем выше сопротивление, тем меньше ток для данной электродвижущей силы (напряжения).

Сопротивление можно связать с электрической мощностью с помощью пары дополнительных формул. Первый гласит, что сопротивление равно квадрату напряжения, деленному на мощность. Во втором говорится, что сопротивление — это также мощность, деленная на квадрат тока.

Сопротивление также можно найти, используя удельное сопротивление материала.Удельное сопротивление — это степень сопротивления материала потоку электронов в зависимости от объема. Сопротивление (в Ом) равно удельному сопротивлению (в Ом-м), умноженному на длину материала, деленную на его площадь поперечного сечения.

Колесо закона

Ома: понимание колеса электрических формул

Последнее обновление: 20 января 2021 г., 21:03.

Если вам, как электрику, нужно хорошо разбираться в чем-то одном, то это закон Ома. Эта простая формула позволяет исследовать взаимосвязь между тремя электрическими переменными: напряжением, током и сопротивлением.

Хорошо то, что это не ракетостроение. Если вы умеете умножать и делить, это будет прогулка в парке. Легкий способ понять закон Ома — использовать колесо закона Ома .

Как использовать колесо формул закона Ома

Я знаю, что вы думаете: « Это треугольник. ”Не беспокойтесь об этом, просто обратите внимание. Итак, вам нужно выяснить, сколько ампер потребляет цепь, а на нее нельзя поставить амперметр. Что вы делаете?

Просто разделите НАПРЯЖЕНИЕ на СОПРОТИВЛЕНИЕ цепи.Откуда ты это знаешь? Из-за формулы закона Ома колесо .

В колесе формул вы увидите три буквы, каждая из которых представляет собой значение.

E или V = НАПРЯЖЕНИЕ (вольт)

I = ТОК (амперы)

R = СОПРОТИВЛЕНИЕ (Ом)

Итак, если вам нужно найти напряжение, ток или сопротивление, просто поместите палец на то, что вы пытаетесь найти, а колесо формул сделает все остальное.

Колесо формулы закона Ома математически представлено тремя простыми уравнениями.

I (ток) x R (сопротивление) = E (напряжение)

E (напряжение) ÷ R (сопротивление) = I (ток)

E ( напряжение) ÷ I (ток) = R (сопротивление)

Закон Ома Примеры проблем

Найдите сопротивление цепи. Глядя на эту схему, мы знаем значения двух компонентов: напряжения (12 В) и сопротивления (3 Ом).Как мы находим ток?

Мы вставляем известные значения в колесо формул и вычисляем уравнение.

12 вольт ÷ 3 Ом = 4 ампер

Это действительно так просто. Вот мы попробуем другой. Найдите сопротивление в цепи со следующими значениями:

Напряжение = 120 В

Ток = 17 ампер

Теперь вставьте известные значения в наше колесо формулы и работайте с уравнением.

120 вольт ÷ 17 ампер = 7,05 Ом

Я говорил вам, что это было просто. Это проще, чем установить сетевой фильтр на весь дом?

(, ладно, может быть, не так просто. Но определенно проще, чем установить сетевой фильтр на холодильник (вы просто подключаете эту чертову штуку)! )

Принцип закона Ома — пропорциональный и обратно пропорциональный

закон, с которым вам необходимо ознакомиться.

, что электрический ток (I ), протекающий в цепи, пропорционален напряжению (В ) и обратно пропорционален сопротивлению (R) .

Это означает, что при увеличении напряжения ток будет увеличиваться до тех пор, пока сопротивление не изменится . Если сопротивление увеличивается, а напряжение остается прежним, то ток уменьшается.

Увеличение сопротивления

120 вольт ÷ 5 Ом = 60 ампер

120 вольт ÷ 10 Ом = 12 ампер

120 вольт ÷ 20 Ом = 6 ампер

Следовательно, если напряжение увеличится, ток будет увеличиваться при условии, что сопротивление цепи не изменится.

Повышение напряжения

120 В ÷ 25 Ом = 4,8 А

240 В ÷ 25 Ом = 9,6 А

480 В ÷ 25 Ом = 19,2 А

Как вы можете видеть, когда мы увеличиваем напряжение и оставьте сопротивление прежним, ток увеличился (прямо пропорционален напряжению).

Круговая диаграмма закона Ома

Круговая диаграмма аналогична колесу формул напряжения, тока и сопротивления.Мощность измеряется в ваттах и ​​определяется как:

скорость, с которой выполняется работа, когда один ампер (А) тока проходит через разность электрических потенциалов в один вольт (В)

Колесо формул с законом Ома и PIE

Вот мы уже кое-что добились. Это колесо формул представляет собой комбинацию закона Ома и формулы ПИЕ.

Это выглядит сложнее, но на самом деле им легко пользоваться (вам может понадобиться калькулятор), и он работает так же, как и предыдущие диаграммы.

Колесо формул разделено на четыре секции , каждая секция имеет три формулы . Если вам нужно найти вольты, вы должны использовать секцию E, ток — секцию I, сопротивление — секцию R и мощность — секцию P.

При использовании колеса формул вам необходимо выполнить следующие действия:

1. Знайте, что вы пытаетесь найти: ток (I), напряжение (E), сопротивление (R) или мощность (P).
2. Какие значения вы уже знаете (вам нужно два): ток (I), напряжение (E), сопротивление (R) или мощность (P)
3. Найдите часть колеса формул, в которую подставляются ваши значения.
4. Решите уравнение

При проведении расчетов вы должны использовать совместимые значения. Я имею в виду, что киломы должны быть преобразованы в омы, миллиамперы должны быть преобразованы в амперы.

Независимо от того, являетесь ли вы электриком-подмастерьем или электриком-подмастерьем, изучение закона Ома является неотъемлемой частью работы электрика.

Полезные ссылки:

Закон Ома 101: его формула, история и применение

Электрический ток, который питает вентиляторы и чайники в наших домах, регулируется законом Ома, фундаментальным правилом электрического потока, которое было дано Георгом Омом. в 1827 году.Широкую применимость этого закона можно понять по тому факту, что, несмотря на то, что он был сформулирован почти 200 лет назад, он все еще актуален сегодня и имеет значение почти для всех нас в нашей повседневной жизни.

Включаете ли вы обогреватель в комнате или настраиваете утюг на режим хлопка, закон Ома — это то, что позволяет вам достичь желаемого потока тока для ваших конкретных нужд. В мире физики этот закон считается важным и важным способом определения силы электрического тока, протекающего через проводник.

Что такое закон Ома? Треугольник

Ома Источник: PNG Kit

Закон Ома объясняет взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением. Он утверждает, что при постоянной температуре и физических условиях количество электрического тока (I), проходящего через металлический проводник в цепи, прямо пропорционально напряжению (V). Ом выразил это открытие в форме простого уравнения, описывающего взаимосвязь напряжения, тока и сопротивления:

В ∝ I

В = IR

I = V / R или R = V / I

Здесь V = напряжение (вольт),

I = ток (ампер)

и R = сопротивление (Ом)

Этот закон легко понять, если провести аналогию с наблюдением за потоком. воды через трубу.Чем больше давление воды, тем больше воды будет выходить из трубы. Точно так же при заданном значении сопротивления, когда к проводнику приложено большее напряжение, будет течь больше тока. Закон Ома также означает, что, если мы знаем значения любых двух: напряжения, тока или сопротивления в цепи, мы можем определить третье.

Получение закона Ома из модели Друде Модель Друде. Источник: Rafaelgarcia / Wikimedia Commons

В 1900 году Пол Друде предложил модель Друде, которая упрощает объяснение движения электронов в твердом теле, например в металле.Модель использовала классическую механику, чтобы рассматривать твердое тело как фиксированный массив ядер в «море» несвязанных электронов, и кинетическую теорию газов, чтобы оценить скорость дрейфа.

Друде использовал следующую формулу для расчета средней скорости дрейфа электронов и аппроксимации проводимости ряда невалентных металлов:

p = −eEτ

Здесь p = средний импульс

−e = заряд электрона

τ = среднее время между

Плотность тока оказалась прямо пропорциональной электрическому полю, так как и плотность тока, и импульс были пропорциональны скорости дрейфа.Применив закон Ома к своей модели движения электронов, Друде смог построить модели, предсказывающие электронные транспортные свойства металлов.

История, лежащая в основе закона Ома

Источник: BerndGehrmann / Wikimedia Commons

В 1827 году закон Ома был представлен в книге Георга Ома Гальваническая цепь, математически вычисленная , но, несмотря на то, что он был настолько фундаментальным для физики электричества, этот закон не был не был хорошо принят другими учеными и критиками в то время. Тогдашний министр образования Германии посчитал открытия Георга Ома ересью и сказал, что «…. физик, исповедующий такие ереси, был недостоин преподавать науку ».

В последующие годы Ом жил в бедности, частным образом обучая в Берлине, пока в 1833 году не стал директором Политехнической школы Нюрнберга. Лондонское королевское общество признало важность его открытия и наградило его медалью Копли. В следующем году они приняли его в члены.

В 1849 году, всего за 5 лет до его смерти, мечта всей жизни Ома осуществилась, когда ему дали награду. Профессор экспериментальной физики Мюнхенского университета.

Закон Ома получил широкое признание, и, помимо науки об электричестве, он также оказался полезным при проектировании телеграфных систем по сравнению с предыдущим законом, данным Питером Барлоу, который ранее ошибочно заключил, что величина тока была пропорциональна площади поперечного сечения проводника.

Даже современные теории, определяющие электромагнетизм и электрические цепи, согласуются с законом Ома. Удивительно, но закон работает даже на атомарном уровне; электрический ток через кремниевые провода, состоящие из 5 атомов, все еще течет согласно соотношению, заданному в законе Ома.

Последние тенденции

Законы, выведенные Георгом Омом, до сих пор являются предметом дискуссий и экспериментов среди ученых всего мира. Каждый год проводится множество исследований, основанных либо на принципах Ома, либо в попытках избежать их воздействия.

В 2019 году исследователи из Калифорнийского университета в Беркли провели эксперимент по улучшению ионной проводимости в литий-ионных батареях. В этом эксперименте была предложена обновленная версия закона Ома для анализа силы тока через бинарные электролиты, в котором для управления током использовался постоянный потенциал.

Этот эксперимент проводился в рамках попытки усовершенствовать технологию литий-ионных аккумуляторов, которая питает нынешнее поколение электромобилей, ноутбуков, смартфонов, аэрокосмических устройств и даже некоторых технологий военного уровня.

В мае 2020 года еще один такой интересный эксперимент провела группа ученых из Окинавского института науки и технологий аспирантуры (OIST).

В то время как закон Ома предполагает, что, когда сопротивление поровну разделено между двумя путями, электроны делятся поровну по одним и тем же путям, отдел квантовой динамики в OIST провел эксперименты, чтобы найти любое отклонение в движении электронов, когда они находятся в жидкости, а не в жидкости. твердая среда.

Эксперименты, проведенные учеными из Отделения квантовой динамики, выявили некоторые интересные детали, касающиеся поведения риплополяронов (электронов, захваченных в тяжелой жидкости), и обнаружили, что в определенных ситуациях движение электронов следует за сохранением импульса, а не за счетом Ома. Закон.

Интересные факты о законе Ома

Источник: T_Tide / Pixabay

Применение закона Ома (на основе V = IR) ограничено цепями с постоянным током (DC) только и не работает при наличии переменного тока (AC) протекает по контуру.

Этот закон также связан с конструкцией и функционированием современных электронных устройств, таких как смартфоны, ноутбуки и зарядные устройства, работающие от постоянного тока. Это позволяет инженерам рассчитать достаточный запас энергии через эти устройства.

Единица сопротивления названа Ом (Ом) в честь Георга Ома в честь его вклада в области физики.

Считается, что этот популярный закон физики впервые открыл английский физик Генри Кавендиш, который никогда не публиковал свои научные открытия по электрическому току.Позже, когда Ом проводил собственное исследование связи между напряжением и током, он натолкнулся на аналогичные открытия и опубликовал закон под своим именем.

Амперметр постоянного тока, используемый для измерения значения постоянного тока на любом устройстве постоянного тока, также следует этому закону.

Предохранители и резисторы, которые препятствуют прохождению электрического тока и служат в качестве предохранительных компонентов в электронных приборах, работают в соответствии с формулами, упомянутыми в законе Ома.

Что такое закон Ома и как он применим к тепловым системам?

Применение закона Ома к тепловым системам

Чтобы понять, как сопротивление электрической цепи влияет на вашу тепловую систему, просмотрите различные схемы и решения по обогреву.Эти знания помогут вам приобрести оптимальный электрический нагреватель и контроллер для вашего приложения.

Определение тока

Определение силы тока, протекающего в вашей системе, важно для обеспечения защиты компонентов системы с помощью соответствующих предохранителей или автоматических выключателей. Ток также можно определить по закону Ома. Ток I в амперах (A) равен напряжению E в вольтах (V), деленному на сопротивление R в омах (Ω).

• ● Ток = напряжение / сопротивление, поэтому I = E / R

Например, если нагреватель измеряет сопротивление 100 Ом, а напряжение, подаваемое в систему, составляет 240 вольт, каков ток в амперах? I = 240/100, поэтому I = 2.4 ампера.

Расчет сопротивления последовательных и параллельных цепей

Электрические цепи состоят из четырех основных компонентов. Эти четыре компонента могут быть включены в последовательную или параллельную схему для питания ваших нагревательных приборов:

• ● Резистивное устройство (нагревательные элементы)
• ● Источник напряжения
• ● Текущий путь
• ● Переключатель

Последовательная цепь соединяет нагреватели встык.Сопротивление каждого нагревателя необходимо сложить, чтобы получить общее сопротивление цепи. Параллельные цепи открывают большие возможности для прохождения электричества, поэтому добавление нагревательных элементов в параллельную цепь снижает общее сопротивление. Просто установите постоянное напряжение закона Ома и рассчитайте сопротивление вашей системы.

Последовательная цепь характеризуется общим током, протекающим через все резисторы, так как ток может идти только по одному пути.Эквивалентное сопротивление для последовательной цепи — это сумма всех отдельных сопротивлений, поэтому R _всего = R₁ + R₂ +… + Rn. Между тем, параллельная цепь характеризуется общей разностью потенциалов (напряжением) на концах всех резисторов. Эквивалентное сопротивление для параллельной цепи рассчитывается по следующей формуле: 1 / R _всего = 1 / R₁ + 1 / R₂ + … + 1 / Rn.

Рис. 1. На схеме слева показана схема, состоящая из источника напряжения и трех резисторов серии .Правая диаграмма представляет собой схему с источником напряжения и 3 резисторами, включенными параллельно . Например, у вас есть три нагревателя с R1 = 10 Ом, R2 = 16 Ом и R3 = 5 Ом. Итак, рассчитав сопротивление для последовательной цепи, R _итого = 10 + 16 + 5 = 31 Ом. Расчет для параллельной схемы: 1 / R _всего = 1/10 + 1/16 + 1/5, поэтому 1 / R _всего = 0,3625 и R _всего = 2,76 Ом.

Обратите внимание, что при последовательном размещении резисторов общее сопротивление превышает сопротивление каждого отдельного нагревателя, а при параллельном размещении общее сопротивление уменьшается до уровня, меньшего, чем сопротивление каждого отдельного нагревателя.

В параллельных цепях все нагревательные элементы имеют одинаковое напряжение, а в последовательных цепях — одинаковый ток. По сути, последовательная проводка предназначена только для двух нагревателей одинаковой мощности и напряжения. В дополнение к уменьшенному сопротивлению параллельная схема не требует от каждого нагревателя постоянного тока электричества. Если один нагреватель выходит из строя последовательно, цепь разрывается, и вся линейка нагревателей перестает работать. Один поврежденный нагреватель в параллельной цепи влияет только на отдельный нагреватель, поэтому другие нагреватели могут продолжать работать.

Как улучшить тепловую систему Закон

Ома может помочь вам в поиске и устранении неисправностей в вашей тепловой системе. Если ваши контроллеры мощности и температуры показывают колебания электрического тока или тепловой мощности, вы можете использовать закон Ома для проверки статических значений компонентов схемы и определения измерений напряжения на компонентах.

Измерение большого тока в вашей цепи может быть вызвано увеличением напряжения или уменьшением сопротивления.Ваш испытательный прибор может идентифицировать любое изменение напряжения, что позволяет использовать закон Ома для расчета сопротивления, чтобы определить, вызвана ли проблема поврежденными компонентами или ослабленными электрическими соединениями. В этом случае это действительно вызовет увеличение сопротивления; низкий I и высокий W, при этом высокий W означает больший нагрев на концах.

Закон

Ома — важный инструмент, используемый инженерами-проектировщиками для расчета взаимосвязи между напряжением, током и сопротивлением. Однако это не считается универсальным законом.Закон Ома не применяется в случаях, когда есть индуктивная нагрузка или когда сопротивление не является постоянным. Хотя большинство нагревателей имеют стабильное сопротивление при повышении температуры, некоторые — нет. Примеры этого включают вольфрамовые лампы и нагреватели из карбида кремния.

Существуют исключения схемы, особенно когда протекающий ток не прямо пропорционален разности потенциалов в проводнике. Закон Ома нельзя применять к устройствам с нелинейной зависимостью между напряжением и током, таким как термистор.Для получения дополнительной информации о законе Ома и его исключениях обратитесь к торговому представителю Watlow.

Закон ужасного ома

В предыдущей статье мы рассмотрели формулу мощности и обсудили взаимосвязь между мощностью, напряжением и током. Посмотрев на формулу мощности, теперь есть только одна формула, необходимая для решения практически всех электрических расчетов, это ужасный закон Ома. Мы не будем вдаваться в вывод формулы, но уделите минуту, чтобы прочитать следующую иллюстрацию:

Когда вы открываете кран, подключенный к садовому шлангу без насадки, вы увидите, что вода вытекает из другого конца.Поток воды через шланг подобен потоку электрического тока — электрический ток — это поток электронов через провод.

Если теперь вы положите большой палец на конец шланга и попытаетесь перекрыть поток воды, давление воды, которое вы почувствуете, будет похоже на напряжение. Напряжение — это давление, которое толкает электроны через провод. Что интересно, если ваш большой палец полностью перекрывает поток воды, давление (напряжение) воды все еще сохраняется. Наличие сопла на конце шланга и прекращение потока воды похоже на то, что к розетке в стене ничего не подключено — нет воды / тока, но давление / напряжение все еще есть.Следует отметить, что напряжение присутствует, даже если нет тока. Другой пример — автомобильный аккумулятор — на любой подключенный к нему провод всегда подается 12 Вольт, независимо от того, какой ток идет.

Вернемся к садовому шлангу. Если теперь переместить большой палец на конец шланга, можно изменить количество выходящей воды. То есть, изменяя сопротивление воде, вы меняете и поток. То же самое и в электрической цепи — измените сопротивление и соответственно изменится ток.Давайте определим электрическое сопротивление как «сопротивление, блокирующее, препятствующее или ограничивающее ток, протекающий по цепи». Примеры сопротивления в цепи — электрическая лампочка или электрический прибор.

Если напряжение (давление воды) остается прежним, ток будет зависеть от сопротивления. Чем больше сопротивление, тем меньше ток. И наоборот, чем меньше сопротивление, тем больше ток. Это похоже на то, что чем больше вы перекрываете конец шланга, тем больше уменьшается поток воды, уменьшение сопротивления увеличивает поток воды.

Если сопротивление остается прежним, ток можно увеличивать или уменьшать, увеличивая или уменьшая напряжение (давление воды).

Георг Симон Ом

В 1827 году немец по имени Георг Симон Ом опубликовал книгу, в которой описывалась взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Эта связь теперь известна как закон Ома. Закон Ома гласит, что ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.

Математически это выглядит так:

Ток = напряжение / сопротивление

Символы и единицы измерения напряжения и тока такие же, как и в формуле мощности.Обратите внимание на стандартные термины сопротивления.

Имя	Символ	Единицы измерения
Текущий	I	ампер или ампер (A)
Напряжение	В	вольт (В)
Сопротивление	R	Ом (Ом)

Следовательно, мы можем быстро записать эту формулу как:

I =

^В / _R

Популярный способ запомнить эту формулу и ее производные — это показанный здесь треугольник.Какую бы характеристику вы ни искали, прикройте ее пальцем, и формула, которая вам нужна, останется.

Пример 1. Чтобы найти напряжение в цепи, зная сопротивление и ток, коснитесь пальцем буквы «V», и формула будет I x R.

Пример 2: Чтобы найти ток в цепи, зная напряжение и сопротивление, приложите палец, чтобы покрыть «I», и формула: ^В / _R

Пример 3: Чтобы найти сопротивление цепи, зная напряжение и ток, коснитесь пальцем буквы «R», и формула: ^В / _I

Другими словами, формула в трех возможных формах:

V = I x R I =

^V / _R R = ^V / _I

Используя эти формулы и следующую схему, можно увидеть взаимосвязь между сопротивлением и током, при условии, что напряжение остается прежним.

Пример 1: Учитывая, что напряжение составляет 220 В, а сопротивление составляет 110 Ом (Ом), мы можем рассчитать ток по формуле:

I = ^В / _R = ²²⁰ /₁₁₀ = 2 А

Пример 2: То же напряжение (220 В), но теперь сопротивление всего 2 Ом.

I = ^В / _R = ²²⁰ / ₂ = 110 А

То есть, чем больше сопротивление, тем меньше ток может протекать.Кроме того, чем меньше сопротивление, тем больший ток может протекать.

Может оказаться полезным снова использовать аналогию с водой. Если у вас есть водопроводная труба большого диаметра, то через нее может протекать много воды (тока), потому что «сопротивление» низкое (отсутствие засоров). Если есть закупорка в трубе (сопротивление), то (текущий) поток уменьшается. Чем больше засорение (чем выше сопротивление), тем меньше (ток) протекания.

Этот принцип проиллюстрирован в примерах выше.В примере 1 сопротивление 110 Ом позволяло проходить через цепь только 2 ампера. В примере 2 небольшое сопротивление (2 Ом) позволяло протекать по цепи большому току в 110 ампер.

Сопротивление — это все, что сопротивляется току, протекающему по цепи. Лампочка — это сопротивление, как утюг, кухонный комбайн или плита. В электронике есть небольшие компоненты, называемые резисторами, которые имеют фиксированное известное значение. Даже простой кабель имеет некоторое сопротивление, на самом деле причина использования толстых кабелей заключается в том, чтобы уменьшить сопротивление и позволить большему току проходить через него (например, пожарный шланг больше, чем садовый шланг, поэтому через него может течь больше воды) .

P.S .: мы только что рассмотрели основные принципы закона Ома, но шшш, никому не говори.

Если вы находите математику запутанной, попробуйте простой калькулятор закона Ома.

Серия

или параллельная

Часто вы не знаете, какое сопротивление в цепи, и вам это не нужно. Однако эти формулы по-прежнему очень полезны, но в основном для того, что на их основе выводится, а не для их непосредственного вычисления. Это длинный способ сказать: «пожалуйста, примите, что следующие концепции получены из приведенной выше формулы, и нам не нужно тратить время и силы на ее доказательство».

Концепция 1:

Рассмотрим схему из шести лампочек. Поскольку они подключаются друг за другом, говорят, что они подключены последовательно.

Интересно, что происходит с напряжением, током и сопротивлением.

Напряжение: «Входное напряжение» — это сумма напряжений на всех отдельных лампах. В этом примере индивидуальное напряжение на каждом источнике света составляет 40 вольт, поэтому общее напряжение составляет 240 вольт.

Ток: Ток через каждый отдельный светильник такой же, как ток во всей цепи.Если ток, идущий в цепь, составляет 1 ампер, тогда ток через каждую отдельную лампу также составляет 1 ампер.

Сопротивление: Общее сопротивление равно сумме всех отдельных «последовательных» сопротивлений.

На практике этот тип цепи редко используется в доме. Это связано с тем, что если в дом поступает 240 вольт, и в нем шесть последовательно соединенных ламп, то каждый свет будет получать только одну шестую от этого напряжения, то есть 40 вольт. Однако этот тип схемы часто используется для гирлянды на елку e.грамм. 20 лампочек по 12 вольт каждая равны 240 вольт. Проблема с этой схемой в том, что если горит одна лампочка, то погаснут и все остальные. Это связано с тем, что проводное соединение со следующей лампой прервано, поэтому цепь не является полной.

Часто используется последовательная цепь с батареями. Когда батареи включены последовательно, общее напряжение равно сумме всех отдельных напряжений, а общий ток, протекающий по всей цепи, такой же, как ток, протекающий через любую одну батарею.Например: четыре батареи на 1,5 В 500 мА, соединенные последовательно друг с другом, составляют батарею на 6 В (4 x 1,5) при 500 мА.

КОНЦЕПЦИЯ 2:

Рассмотрим схему из шести лампочек. Поскольку они соединены друг с другом или параллельно друг другу, говорят, что они соединены параллельно.

То, что происходит с напряжением, током и сопротивлением в этом типе цепи, отличается от того, что происходит в последовательной цепи.

Напряжение: Напряжение на каждом индикаторе такое же, как «напряжение на входе».Если в цепь поступает 220 вольт, значит, 220 вольт на каждой отдельной лампе.

Ток: Ток, протекающий в цепи, представляет собой сумму токов в каждом отдельном источнике света. Если ток через каждую лампу составляет 1 ампер, то общий ток, поступающий в эту цепь, будет 6 ампер (6 x 1 ампер).

Сопротивление: общее сопротивление рассчитывается по сложной формуле, которую нам не нужно изучать на данном этапе. Достаточно сказать, что общее сопротивление меньше наименьшего индивидуального сопротивления.Вот формула для тех, кому действительно нужно знать:

На практике этот тип схемы используется в жилых домах. например Если у вас в доме 220 вольт, то все светильники и розетки (розетки) тоже 220 вольт, потому что они соединены параллельно.

Батареи также можно подключать параллельно. Выходное напряжение двух параллельно включенных батарей такое же, как у одной из батарей, но текущая емкость удваивается. Например: две автомобильные батареи на 12 вольт 100 ампер / час, подключенные параллельно, составляют эквивалент 12-вольтовой батареи на 200 ампер / час.Те же две батареи, соединенные последовательно, будут эквивалентны батарее на 24 вольта и 100 ампер / час.

Собираем все вместе

Некоторые люди в восторге от того, как формулу закона Ома можно подставить в нашу формулу Силы для создания новых формул. Те из вас, кто любит играть с формулами, могут понять, как это делается; в остальном просто согласитесь, что эта таблица показывает различные комбинации этих формул.

В этой таблице показаны все возможные комбинации с использованием двух изученных нами основных формул.Попробуйте использовать калькулятор и следующие значения, чтобы проверить это:

В = 12 В I = 2 А R = 6 Ом P = 24 Вт

Вы можете распечатать таблицу и прикрепить ее к футляру мультиметра или стене мастерской для использования в будущем.

Простой калькулятор для вычисления всех этих комбинаций доступен здесь.

Поздравляю, вы закончили читать эти первые две статьи об основах электротехники. Это было очень тяжело с теорией и всевозможными формулами, но теперь у вас есть основы для понимания большинства электрических и электронных принципов.

Понимание закона Ома — Pi My Life Up

Закон Ома — одна из основ электроники и невероятно удобен для быстрого расчета тока, напряжения или сопротивления цепи. Вам нужно будет знать как минимум два значения.

Закон Ома определяет математическое соотношение между током, напряжением и сопротивлением сети.

Этот закон был назван в честь немецкого физика и математика XIX века Георга Ома. Ом обнаружил эту взаимосвязь еще в то время, когда не было возможности легко измерить ток, напряжение или сопротивление.

Несмотря на холодный прием при первой публикации, он стал обязательным для всех, кто интересуется электрическими схемами. Закон Ома стал частью нашего нынешнего понимания электрических схем.

Если вы занимаетесь каким-либо из наших проектов электроники Raspberry Pi, которые связаны со схемами, то этот учебник может оказаться вам полезным.

Что такое закон Ома?

Закон

Ома гласит, что ток, проходящий через проводник между двумя точками, прямо пропорционален напряжению в этих двух точках и обратно пропорционален сопротивлению между двумя точками.

Проще говоря, если в цепи удваивается ток, то удваивается и напряжение. Точно так же, если сопротивление в цепи увеличится вдвое, ток упадет вдвое.

Хотя это может показаться немного сложным, фактическая математика, лежащая в основе этой теории, невероятно проста для понимания и запоминания.

Формула закона Ома

К счастью для нас, формула закона Ома невероятно проста для понимания.

Закон Ома можно выразить математической формулой, как показано ниже.

Эта формула говорит, что напряжение ( В ) равно току ( I ), умноженному на сопротивление ( R ).

Во всех формулах закона Ома мы используем следующие переменные.

• В = напряжение, выраженное в вольтах.
• I = ток, выраженный в амперах.
• R = сопротивление, выраженное в омах.

Хотя формулу можно использовать для расчета напряжения, ею также можно управлять, чтобы вместо этого вычислить ток или сопротивление в цепи.

Для начала давайте изменим формулу так, чтобы мы могли вычислить ток ( I ) цепи.

Мы также можем изменить базовую формулу закона Ома, чтобы мы могли вычислить сопротивление ( R ) цепи.

Калькулятор закона Ома

Чтобы использовать этот калькулятор закона Ома, сначала выберите, хотите ли вы рассчитать напряжение, ток или сопротивление.

При выбранном режиме все, что вам нужно сделать, это ввести два требуемых значения.Калькулятор автоматически рассчитает правильные значения.

Треугольник закона Ома

Один из самых простых способов запомнить три различные формулы закона Ома — это треугольник.

Средний горизонтальный делитель треугольника представляет деление, то есть всякий раз, когда в формуле участвует напряжение ( В, ), все остальные буквы делятся на него.

Например, если мы хотим вычислить ток ( I ), нам нужно разделить напряжение ( В, ) на сопротивление ( R ).

Обведя кружком « I » в треугольнике, мы видим, что формула остается в треугольнике с V над R .

Мы также можем использовать этот же треугольник для вычисления формулы для расчета сопротивления ( R ) цепи.

Обведя сопротивление ( R ), мы можем увидеть формулу, которую мы должны использовать: напряжение ( В, ), деленное на ток ( I )

Вертикальная линия в треугольнике представляет умножение.Эта линия используется только при расчете напряжения (В).

Снова используя треугольник закона Ома, мы можем быстро увидеть формулу, которую нам нужно использовать, обведя кружком « V », поскольку это значение, которое мы хотим вычислить.

Из этого легко понять, что для расчета напряжения ( В, ) все, что нам нужно сделать, это умножить ток ( I ) на сопротивление ( R ).

Пример закона Ома в действии

Далее мы рассмотрим три различных примера схем.

Эти примеры будут касаться использования каждого варианта трех различных формул закона Ома.

Пример напряжения

В этом первом примере мы собираемся начать с формулы закона базового сопротивления для расчета напряжения цепи.

Для расчета напряжения нам необходимо знать сопротивление ( R ) и ток ( I ) цепи.

В этой примерной схеме вы можете видеть, что у нас есть сопротивление ( R ) 200 Ом и ток ( I ) 5 А.

Чтобы рассчитать напряжение, нам нужно вставить два наших значения в формулу закона Ома.

После заполнения формулы вы можете видеть, что все, что нам нужно сделать, это умножить 200 на 5 , чтобы рассчитать напряжение.

Умножив сопротивление и ток, мы видим, что напряжение для схемы в примере равно 1000 Вольт .

Пример тока

В этом втором примере мы будем использовать модифицированную версию формулы закона Ома для расчета тока следующей цепи.

Из этой схемы мы знаем, что сопротивление ( R ) составляет 50 Ом и что напряжение ( В ) составляет 24 В .

Нам нужно поместить эти значения в формулу закона Ома, которая использовалась для вычисления тока ( I ).

Используя значения сопротивления и напряжения, введенные в формулу, мы видим, что нам нужно разделить 24 на 50 , чтобы вычислить ток.

Используя закон Ома, мы вычисляем ток в цепи, равный 0.48 Ампер .

Пример сопротивления

В нашем третьем и последнем примере мы будем использовать третью версию формулы закона Ома. В этом случае мы будем использовать формулу для расчета сопротивления цепи.

Чтобы рассчитать сопротивление цепи, нам нужно знать напряжение ( В, ) и ток ( I ) цепи.

Из этой примерной схемы мы можем видеть, что наша примерная схема имеет ток 10 ампер и напряжение 20 вольт .

Нам нужно вставить эти два значения в формулу сопротивления закона Ома.

Отсюда мы можем рассчитать необходимое нам сопротивление, разделив напряжение 20 на 10 ампер .

Вычислив это, мы видим, что сопротивление нашей схемы в нашем примере должно быть 2 Ом .

Надеюсь, что теперь у вас есть понимание закона Ома и то, как его использовать. Мы рассмотрели, как можно использовать треугольник закона Ома как простой способ запоминания трех различных формул.

Вы найдете эти уравнения очень удобными в проектах, использующих схемы, таких как все наши проекты Arduino.

Если у вас есть какие-либо советы или отзывы, не стесняйтесь оставлять комментарии ниже.

3.2: Закон Ома, Закон Джоуля и последовательные / параллельные формулы

Закон Ома

Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению V. Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) был первым, кто экспериментально продемонстрировал, что ток в металлической проволоке прямо пропорционален приложенному напряжению : I ∝ V.

Это важное соотношение известно как закон Ома. Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, в которой напряжение является причиной, а ток — следствием. Это эмпирический закон, подобный закону трения — явление, наблюдаемое экспериментально. Такая линейная зависимость возникает не всегда.

Сопротивление и простые схемы

Если напряжение управляет током, что ему мешает? Электрическое свойство, препятствующее току (примерно такое же, как трение и сопротивление воздуха), называется сопротивлением R.Столкновения движущихся зарядов с атомами и молекулами вещества передают энергию веществу и ограничивают ток. Сопротивление обратно пропорционально току, или I.

Так, например, при удвоении сопротивления ток уменьшается вдвое. Комбинируя отношения тока к напряжению и тока к сопротивлению, получаем I =.

Это соотношение также называется законом Ома. Закон Ома в такой форме действительно определяет сопротивление определенных материалов. Закон Ома (как и закон Гука) не универсален.Многие вещества, для которых действует закон Ома, называются омическими. К ним относятся хорошие проводники, такие как медь и алюминий, и некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах. Омические материалы имеют сопротивление R, которое не зависит от напряжения V и тока I. Объект с простым сопротивлением называется резистором , даже если его сопротивление невелико. Единицей измерения сопротивления является Ом и обозначается символом Ω (заглавная греческая омега). Перестановка I = дает R = , и поэтому единицы сопротивления равны 1 Ом = 1 вольт на ампер: 1 Ом = 1.

На рисунке показана схема простой схемы. 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 R.

Простая электрическая цепь, в которой замкнутый путь для прохождения тока обеспечивается проводниками (обычно металлическими), соединяющими нагрузку с выводами батареи, представленными красными параллельными линиями.Зигзагообразный символ представляет собой единственный резистор и включает любое сопротивление в соединениях с источником напряжения.

Интерактивный или медиа-элемент был исключен из этой версии текста. Вы можете просмотреть его онлайн здесь: http://pressbooks.oer.hawaii.edu/buildingmaint/?p=150

Установление соединений: Соединения в реальном мире

Закон Ома (V = IR) — это фундаментальная зависимость, которая может быть представлена ​​линейной функцией, в которой наклон линии представляет собой сопротивление.Сопротивление представляет собой напряжение, которое необходимо приложить к резистору для создания в цепи тока 1 А. График (на рисунке ниже) показывает это представление для двух простых схем с резисторами, которые имеют разное сопротивление и, следовательно, разные наклоны.

На рисунке показано соотношение между током и напряжением для двух разных резисторов. Наклон графика представляет значение сопротивления, которое составляет 2 Ом и 4 Ом для двух показанных линий.

Материалы, которые подчиняются закону Ома, имея линейную зависимость между напряжением и током, известны как омические материалы. С другой стороны, некоторые материалы демонстрируют нелинейную зависимость напряжения от тока и, следовательно, известны как неомические материалы. На рисунке ниже показаны соотношения между текущим напряжением для двух типов материалов.

Рисунок №. Показаны отношения между напряжением и током для омических и неомических материалов.

Очевидно, что сопротивление омического материала (показанного на (а)) остается постоянным и может быть рассчитано путем определения наклона графика, но это неверно для неомического материала (показанного на (b)).

Сопротивление может быть разным. Некоторые керамические изоляторы, например те, которые используются для поддержки линий электропередач, имеют сопротивление 1012 Ом или более. Сопротивление сухого человека может составлять 105 Ом, тогда как сопротивление человеческого сердца составляет около 103 Ом. Кусок медного провода большого диаметра длиной в метр может иметь сопротивление 10-5 Ом, а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления (они неомичны). Сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит, как будет показано в разделах «Сопротивление и удельное сопротивление».

Дополнительную информацию можно получить, решив I = для V, что дает V = IR.

Это выражение для V можно интерпретировать как падение напряжения на резисторе, создаваемое током I. Для этого напряжения часто используется фраза IR drop . Например, фара в примере имеет падение ИК-излучения 12,0 В. Если напряжение измеряется в различных точках цепи, будет видно, что оно увеличивается на источнике напряжения и уменьшается на резисторе. Напряжение аналогично давлению жидкости.Источник напряжения подобен насосу, создающему перепад давления, вызывая ток — поток заряда. Резистор похож на трубу, которая снижает давление и ограничивает поток из-за своего сопротивления. Здесь сохранение энергии имеет важные последствия. Источник напряжения подает энергию (вызывая электрическое поле и ток), а резистор преобразует ее в другую форму (например, тепловую энергию). В простой схеме (с одним простым резистором) напряжение, подаваемое источником, равно падению напряжения на резисторе, поскольку PE = qΔV, и через каждую из них протекает одинаковое q.Таким образом, энергия, подаваемая источником напряжения, и энергия, преобразуемая резистором, равны. (См. Рисунок.)

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. Здесь о сохранении энергии свидетельствует тот факт, что вся энергия, подаваемая источником, преобразуется в другую форму только с помощью резистора.Мы обнаружим, что сохранение энергии имеет и другие важные применения в схемах и является мощным инструментом анализа схем.

Интерактивный или медиа-элемент был исключен из этой версии текста. Вы можете просмотреть его онлайн здесь: http://pressbooks.oer.hawaii.edu/buildingmaint/?p=150

Последовательные и параллельные резисторы

Большинство схем имеет более одного компонента, называемого резистором, который ограничивает поток заряда в цепи. Мера этого предела для потока заряда называется сопротивлением.Простейшие комбинации резисторов — это последовательное и параллельное соединение, показанное на рисунке. Общее сопротивление комбинации резисторов зависит как от их индивидуальных значений, так и от способа их подключения.

Изображение показывает (а) Последовательное соединение резисторов. (б) Параллельное соединение резисторов.

При параллельном подключении резисторов от источника протекает больше тока, чем протекает по любому из них по отдельности, поэтому общее сопротивление ниже.

Закон Джоуля

Энергия у многих людей ассоциируется с электричеством. Зная, что мощность — это скорость использования или преобразования энергии, каково выражение для электроэнергии? На ум могут прийти линии электропередач. Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Сравним лампочку на 25 Вт с лампой на 60 Вт. (См. Рисунок (a).) Поскольку оба работают от одного и того же напряжения, лампа мощностью 60 Вт должна потреблять больше тока, чтобы иметь большую номинальную мощность. Таким образом, сопротивление лампы на 60 Вт должно быть ниже, чем у лампы на 25 Вт.Если мы увеличиваем напряжение, мы также увеличиваем мощность. Например, когда лампочка мощностью 25 Вт, рассчитанная на работу от 120 В, подключена к 240 В, она на короткое время очень ярко светится, а затем перегорает. Как именно напряжение, ток и сопротивление связаны с электроэнергией?

Электрическая энергия зависит как от напряжения, так и от перемещаемого заряда. Проще всего это выражается как PE = qV , где q — это перемещенный заряд, а V, — это напряжение (или, точнее, разность потенциалов, через которую проходит заряд).Мощность — это скорость перемещения энергии, поэтому электрическая мощность равна P = =.

Учитывая, что ток равен I = ( обратите внимание, что Δt = t здесь), выражение для мощности принимает вид P = IV.

Электрическая мощность ( P ) — это просто произведение тока на напряжение. Мощность имеет знакомые единицы ватт. Поскольку единицей СИ для потенциальной энергии (PE) является джоуль, мощность выражается в джоулях в секунду или ваттах. Таким образом, 1 A⋅V = 1 Вт. Например, в автомобилях часто есть одна или несколько дополнительных розеток, с помощью которых можно заряжать сотовый телефон или другие электронные устройства.Эти розетки могут быть рассчитаны на 20 А, так что цепь может выдавать максимальную мощность P = IV = (20 А) (12 В) = 240 Вт. В некоторых приложениях электрическая мощность может выражаться в вольтах. амперы или даже киловольт-амперы 1 кА⋅В = 1 кВт.

Чтобы увидеть отношение мощности к сопротивлению, мы объединяем закон Ома с P = IV. Подстановка I = V / R дает P = () V = V ² / R . Аналогично, замена V = IR дает P = I (IR) = I ² R .Для удобства здесь собраны три выражения для электроэнергии:

P = IV

P = V ² / R

P = I ² R.

Обратите внимание, что первое уравнение всегда верно, тогда как два других можно использовать только для резисторов. В простой схеме с одним источником напряжения и одним резистором мощность, подаваемая источником напряжения, и мощность, рассеиваемая резистором, идентичны.(В более сложных схемах P может быть мощностью, рассеиваемой одним устройством, а не полной мощностью в цепи.)

Из трех различных выражений для электроэнергии можно сделать разные выводы. Например, P = V ² / R означает, что чем меньше сопротивление, подключенное к данному источнику напряжения, тем больше мощность. Кроме того, поскольку напряжение возведено в квадрат в P = V ² / R , эффект от приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось.Таким образом, когда напряжение увеличивается вдвое до лампочки мощностью 25 Вт, ее мощность увеличивается почти в четыре раза и составляет примерно 100 Вт, что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампы оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно 100 Вт, но при более высокой температуре ее сопротивление также будет выше.

.