Формула закон ома для полной цепи. Закон Ома для полной цепи: формула, применение и примеры расчетов

Закон Ома

Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению В . Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) первым экспериментально продемонстрировал, что ток в металлическом проводе прямо пропорционален приложенному напряжению :

I∝VI\propto{V}\\I∝V

. 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.

Сопротивление и простые схемы

Если напряжение управляет током, что ему препятствует? Электрическое свойство, препятствующее току (грубо похожее на трение и сопротивление воздуха), называется 9. 0251 сопротивление R . Столкновения движущихся зарядов с атомами и молекулами в веществе передают энергию веществу и ограничивают ток. Сопротивление определяется как обратно пропорциональное току, или

I∝1RI\propto \frac{1}{R}\\I∝R1​

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

I=VRI=\frac{V}{R}\\I=RV​

. Эту зависимость 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 омический . К ним относятся хорошие проводники, такие как медь и алюминий, и некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах. Омические материалы имеют сопротивление Ом , которое не зависит от напряжения В и тока I . Объект, имеющий простое сопротивление, называется резистором , даже если его сопротивление невелико. Единицей измерения сопротивления является Ом и обозначается символом Ω (греческая омега в верхнем регистре). Перестановка I = V/R дает R = V/I , поэтому единицами сопротивления являются 1 Ом = 1 вольт на ампер:

1Ω=1VA1 \Omega=1\frac{V}{A}\\1Ω= 1АВ​

. На рис. 1 показана схема простой цепи. Простая схема имеет один источник напряжения и один резистор. Провода, соединяющие источник напряжения с резистором, можно считать имеющими пренебрежимо малое сопротивление, или их сопротивление можно включить в R .

Рис. 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?

Мы можем преобразовать закон Ома в формулу I = V/R и использовать его для определения сопротивления.

Преобразование I = V/R и подстановка известных значений дает

R=VI=12,0V2,50A=4,80ΩR=\frac{V}{I}=\frac{12\text{}.{}\text{ }0 В{}}{2\text{}.{}\text{}50 A{}}=\text{}4{}\text{}.{}\text{}80 \Omega {}\\ R=IV​=2.50A12.0V​=4.80Ω

.

Это относительно небольшое сопротивление, но оно больше холодового сопротивления фары. Как мы увидим в разделе «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.

Сопротивления колеблются в пределах многих порядков. Некоторые керамические изоляторы, например те, которые используются для поддержки линий электропередач, имеют сопротивление 10 ¹² Ом или больше. У сухого человека сопротивление между руками и ногами может составлять 10 ⁵ Ом, тогда как сопротивление человеческого сердца составляет около 10 ³ Ом. Метровый отрезок медного провода большого диаметра может иметь сопротивление 10 ⁻⁵ Ом, а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления (они неомические). Сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит, как будет показано в разделе «Сопротивление и удельное сопротивление». Дополнительную информацию можно получить, решив  I = V/R  для V , что дает

V = IR

Это выражение для V можно интерпретировать как падение напряжения на резисторе, вызванное протеканием тока I . Для этого напряжения часто используется фраза IR drop . Например, фара в примере 1 выше имеет падение IR 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, 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 цепи (с одним простым резистором) напряжение, подаваемое источником, равно падению напряжения на резисторе, поскольку PE = q Δ V , и через каждый протекает один и тот же q . Таким образом, энергия, подаваемая источником напряжения, и энергия, преобразуемая резистором, равны. (См. рис. 2.)

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

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.

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.

Нажмите, чтобы запустить моделирование.

Резюме раздела

Концептуальные вопросы

1. Падение IR на резисторе означает, что на резисторе есть изменение потенциала или напряжения. Изменяется ли ток при прохождении через резистор? Объяснять.
2. Чем падение давления на резисторе IR похоже на падение давления в жидкости, протекающей по трубе?

Задачи и упражнения

1. Какой ток протекает через лампу фонарика на 3,00 В, если его сопротивление в горячем состоянии равно 3,60 Ом?

2. Рассчитайте эффективное сопротивление карманного калькулятора с батареей на 1,35 В, через который протекает ток 0,200 мА.

3. Каково эффективное сопротивление стартера автомобиля, когда через него протекает ток 150 А, когда автомобильный аккумулятор подает на двигатель напряжение 11,0 В?

4. Сколько вольт подается на световой индикатор DVD-проигрывателя с сопротивлением 140 Ом, если через него проходит 25,0 мА?

5. а) Найдите падение напряжения в удлинителе с сопротивлением 0,0600 Ом, по которому протекает ток 5,00 А. (b) Более дешевый шнур использует более тонкую проволоку и имеет сопротивление 0,300 Ом. Каково падение напряжения в нем при протекании 5,00 А? в) Почему напряжение любого используемого электроприбора уменьшается на эту величину? Каково влияние на прибор?

6. Линия электропередачи подвешена к металлическим опорам со стеклянными изоляторами сопротивлением 1,00×10 ⁹ Ом. Какой ток протекает через изолятор, если напряжение равно 200 кВ? (Некоторые высоковольтные линии постоянного тока. )

Глоссарий

Закон Ома:

эмпирическое соотношение, утверждающее, что ток I пропорционален разности потенциалов В , ∝ В ; его часто записывают как I = V/R , где R сопротивление

сопротивление:

электрическое свойство, препятствующее току; для омических материалов это отношение напряжения к току, R = V/I

ом:

единица сопротивления, определяемая как 1 Ом = 1 В/А

омическое:

a 1 тип материала, для которого справедлив закон Ома

простая цепь:

цепь с одним источником напряжения и одним резистором

Избранные решения задач и упражнений

1. 0,833 A

3. 7,33 × 10 ⁻² Ом

5. (a) 0,300 В

(b) 1,50 В

(c) Напряжение, подаваемое на любой используемый прибор, уменьшается, поскольку общее падение напряжения от стены до конечного выхода прибора фиксируется. Таким образом, если падение напряжения на удлинителе велико, падение напряжения на устройстве значительно уменьшается, поэтому выходная мощность устройства может быть значительно снижена, что снижает способность устройства работать должным образом.

Лицензии и ссылки

Контент по лицензии CC, совместно используемый ранее

• College Physics. Автор : Колледж OpenStax. Расположен по адресу : https://openstax.org/books/college-physics/pages/1-introduction-to-science-and-the-realm-of-physics-physical-quantities-and-units. Лицензия : CC BY: Attribution . Условия лицензии : Лицензия
• Интерактивное моделирование PhET . Автор: : http://phet.colorado.edu. Лицензия : CC BY: Атрибуция

19.1 Закон Ома — Физика

Раздел Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

• Описывать, как ток связан с зарядом и временем, и различать постоянный и переменный ток
• Дайте определение сопротивлению и устно опишите закон Ома
• Расчет силы тока и решение задач на закон Ома

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Цели обучения в этом разделе помогут вашим учащимся освоить следующие стандарты:

• (5) Научные концепции. Учащийся знает природу сил в физическом мире. Ожидается, что студент:
  • (F) проектировать, конструировать и рассчитывать сквозной ток, разность потенциалов, сопротивление и мощность, используемую элементами электрической цепи, соединенными как последовательно, так и параллельно.

Кроме того, в Руководстве по физике для средней школы рассматривается содержание этого раздела лабораторной работы под названием Закон Ома, а также следующие стандарты:

• (5) Учащийся знает природу сил в физическом мире. Ожидается, что студент:
  • (Ф) проектировать, конструировать и рассчитывать с точки зрения сквозного тока, разности потенциалов, сопротивления и мощности, используемой элементами электрической цепи, соединенными как последовательно, так и параллельно.

Основные термины раздела

Постоянный и переменный ток

Подобно тому, как вода течет с большой высоты на низкую, электроны, которые могут свободно двигаться, будут перемещаться из места с низким потенциалом в место с высоким потенциалом. Аккумулятор имеет две клеммы с разным потенциалом. Если клеммы соединить токопроводящим проводом, будет протекать электрический ток (заряды), как показано на рисунке 19..2. Затем электроны будут двигаться от клеммы батареи с низким потенциалом (отрицательный конец ) по проводу и войдут в клемму батареи с высоким потенциалом (положительный конец ).

Рисунок 19.2 У батареи есть провод, соединяющий положительные и отрицательные клеммы, что позволяет электронам перемещаться от отрицательной клеммы к положительной клемме.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Подчеркните, что электроны движутся от отрицательного вывода к положительному, потому что они несут отрицательный заряд, поэтому они отталкиваются кулоновской силой от отрицательного вывода.

Электрический ток — это скорость, с которой движется электрический заряд. Большой ток, например, используемый для запуска двигателя грузовика, очень быстро перемещает большое количество заряда, в то время как слабый ток, например, используемый для работы ручного калькулятора, перемещает небольшое количество заряда медленнее. В форме уравнения электрический ток I определяется как

I=ΔQΔtI=ΔQΔt

, где ΔQΔQ — количество заряда, протекающего мимо данной области, а ΔtΔt — время, за которое заряд проходит мимо этой области. Единица СИ для электрического тока — ампер (А), названная в честь французского физика Андре-Мари Ампера (1775–1836). Один ампер равен одному кулону в секунду, или

1A=1C/с. 1A=1C/с.

Электрический ток, движущийся по проводу, во многом подобен водяному току, движущемуся по трубе. Чтобы определить поток воды через трубу, мы можем подсчитать количество молекул воды, протекающих через данный участок трубы. Как показано на рис. 19.3, электрический ток очень похож. Мы подсчитываем количество электрических зарядов, протекающих по сечению проводника; в данном случае проволока.

Рисунок 19,3 Электрический ток, протекающий по этому проводу, равен заряду, прошедшему через поперечное сечение А, деленному на время, за которое этот заряд пройдет сечение А .

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Обратите внимание, что носители заряда на этом рисунке положительны, поэтому они движутся в том же направлении, что и электрический ток.

Предположим, что каждая частица q на рис. 19.3 несет заряд q=1nCq=1nC, и в этом случае показанный общий заряд будет ΔQ=5q=5nC ΔQ=5q=5nC . Если эти заряды пролетят площадь А за время Δt=1нс Δt=1нс, то ток будет

I=ΔQΔt=5nC1ns=5A.I=ΔQΔt=5nC1ns=5A.

19.1

Обратите внимание, что мы приписали положительный заряд зарядам на рис. 19.3. Обычно отрицательные заряды — электроны — представляют собой подвижный заряд в проводах, как показано на рис. 19.2. Положительные заряды обычно застревают в твердых телах и не могут свободно перемещаться. Однако, поскольку положительный ток, движущийся вправо, аналогичен отрицательному току равной величины, движущемуся влево, как показано на рис. 19.4, мы определяем обычный ток как текущий в том же направлении, в котором протекал бы положительный заряд, если бы он мог двигаться. . Таким образом, если не указано иное, предполагается, что электрический ток состоит из положительных зарядов.

Также обратите внимание, что один кулон — это значительное количество электрического заряда, поэтому 5 А — это очень большой ток. Чаще всего вы увидите ток порядка миллиампер (мА).

Рисунок 19,4 а) Электрическое поле направлено вправо, ток движется вправо, положительные заряды движутся вправо. (b) Эквивалентная ситуация, но с отрицательными зарядами, движущимися влево. Электрическое поле и ток по-прежнему находятся справа.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Укажите, что электрическое поле одинаково в обоих случаях и что ток течет в направлении электрического поля.

Предупреждение о заблуждении

Убедитесь, что учащиеся понимают, что ток определяется как направление, в котором будет течь положительный заряд, даже если электроны чаще всего являются подвижными носителями заряда. Математически результат будет одинаковым независимо от того, предположим ли мы, что положительный заряд течет в одну сторону, или отрицательный — в противоположную. Однако физически ситуация совершенно иная (хотя разница уменьшается после определения дырок).

Снап Лаборатория

Овощной ток

Эта лабораторная работа помогает учащимся понять, как работает ток. Учитывая, что частицы, заключенные в трубе, не могут занимать одно и то же пространство, вталкивание большего количества частиц в один конец трубы вытеснит такое же количество частиц из противоположного конца. Это создает поток частиц.

Найдите соломинку и сушеный горох, которые могут свободно перемещаться в соломе. Положите соломинку на стол и наполните ее горошком. Когда вы вставляете одну горошину с одного конца, с другого конца должна выйти другая горошина. Эта демонстрация является моделью электрического тока. Определите часть модели, которая представляет электроны, и часть модели, которая представляет подачу электроэнергии. За 30 с посчитайте, сколько горошин вы можете протолкнуть через соломинку. Когда закончите, посчитайте горошин ток путем деления количества горошин на время в секундах.

Обратите внимание, что движение гороха основано на физическом столкновении горошин друг с другом; электроны толкают друг друга за счет взаимно отталкивающих электростатических сил.

Предположим, у вас есть резервуар с горохом, каждый из которых заряжен до 1 нКл. Если вы пропускаете горох через соломинку со скоростью четыре горошинки в секунду, как вы вычислите электрический ток, переносимый вашими заряженными горошинами?

1. Измерьте длину соломинки, затем разделите на скорость потока горошин и умножьте на стоимость одной горошинки.

2. Умножьте расход гороха на стоимость гороха.

3. Измерьте длину соломинки, затем умножьте на скорость потока горошин и разделите на стоимость горошин.

4. Разделить расход гороха на стоимость гороха.

Направление обычного тока — это направление, в котором будет течь положительный заряд . В зависимости от ситуации могут перемещаться положительные заряды, отрицательные заряды или и то, и другое. В металлических проводах, как мы видели, ток переносится электронами, поэтому движутся отрицательные заряды. В ионных растворах, таких как соленая вода, движутся как положительно заряженные, так и отрицательно заряженные ионы. Это верно и для нервных клеток. Чисто положительные токи относительно редки, но встречаются. История приписывает американскому политику и ученому Бенджамину Франклину описание тока как направления, в котором положительные заряды текут по проводу. Он назвал тип заряда, связанного с электронами, отрицательным задолго до того, как стало известно, что они несут ток во многих ситуациях.

Когда электроны движутся по металлической проволоке, они сталкиваются с препятствиями, такими как другие электроны, атомы, примеси и т. д. Электроны рассеиваются от этих препятствий, как показано на рис. 19.5. Обычно электроны теряют энергию при каждом взаимодействии. ¹ Таким образом, чтобы поддерживать движение электронов, требуется сила, которая обеспечивается электрическим полем. Электрическое поле в проводе направлено от конца провода с более высоким потенциалом к ​​концу провода с более низким потенциалом. Электроны, несущие отрицательный заряд, движутся в среднем (или на дрейфует ) в направлении, противоположном электрическому полю, как показано на рис. 19.5.

Рисунок 19,5 Свободные электроны, движущиеся в проводнике, совершают много столкновений с другими электронами и атомами. Показан путь одного электрона. Средняя скорость свободных электронов направлена ​​против электрического поля. Столкновения обычно передают энергию проводнику, поэтому для поддержания постоянного тока требуется постоянная подача энергии.

До сих пор мы обсуждали ток, который постоянно движется в одном направлении. Это называется постоянным током, потому что электрический заряд течет только в одном направлении. Постоянный ток часто называют DC ток.

Многие источники электроэнергии, такие как гидроэлектростанция, показанная в начале этой главы, производят переменный ток, в котором направление тока меняется вперед и назад. Переменный ток часто называют , переменный ток . Переменный ток движется вперед и назад через равные промежутки времени, как показано на рис. 19.6. Переменный ток, поступающий из обычной настенной розетки, не меняет направление внезапно. Скорее, он плавно увеличивается до максимального тока, а затем плавно уменьшается до нуля. Затем он снова растет, но в противоположном направлении, пока не достигнет того же максимального значения. После этого она плавно уменьшается до нуля, и цикл начинается заново.

Рисунок 19,6 При переменном токе направление тока меняется на противоположное через равные промежутки времени. На графике вверху показана зависимость тока от времени. Отрицательные максимумы соответствуют току, движущемуся влево. Положительные максимумы соответствуют току, движущемуся вправо. Между этими двумя максимумами ток регулярно и плавно чередуется.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Помогите учащимся интерпретировать график, подчеркнув, что ток не меняет направление мгновенно, а плавно переходит от одного максимума к противоположному максимуму и обратно. Объясните, что четыре изображения внизу показывают ток в соответствующих максимумах. Обратите внимание, что для упрощения интерпретации операторы мобильной связи на изображении считаются положительными.

К устройствам, использующим переменный ток, относятся пылесосы, вентиляторы, электроинструменты, фены и многие другие. Эти устройства получают необходимую им мощность, когда вы подключаете их к сетевой розетке. Настенная розетка подключена к электросети, которая обеспечивает переменный потенциал (потенциал переменного тока). Когда ваше устройство подключено к сети, потенциал переменного тока перемещает заряды вперед и назад в цепи устройства, создавая переменный ток.

Однако многие устройства используют постоянный ток, например компьютеры, сотовые телефоны, фонарики и автомобили. Одним из источников постоянного тока является батарея, которая обеспечивает постоянный потенциал (потенциал постоянного тока) между своими клеммами. Когда ваше устройство подключено к аккумулятору, потенциал постоянного тока перемещает заряд в одном направлении по цепи вашего устройства, создавая постоянный ток. Другой способ получения постоянного тока — использование трансформатора, который преобразует переменный потенциал в постоянный. Небольшие трансформаторы, которые можно подключить к настенной розетке, используются для зарядки ноутбука, мобильного телефона или другого электронного устройства. Люди обычно называют это зарядное устройство или аккумулятор , но это трансформатор, который преобразует переменное напряжение в постоянное напряжение. В следующий раз, когда кто-то попросит одолжить ваше зарядное устройство для ноутбука, скажите им, что у вас нет зарядного устройства для ноутбука, но они могут одолжить ваш переходник.

Рабочий пример

Ток при ударе молнии

Удар молнии может передать до 10201020 электронов из облака на землю. Если удар длится 2 мс, какова средняя сила тока в молнии?

Стратегия

Используйте определение тока I=ΔQΔtI=ΔQΔt . Заряд ΔQΔQ из 10201020 электронов составляет ΔQ=neΔQ=ne, где n=1020n=1020 — число электронов, а e=−1,60×10−19Ce=−1,60×10−19C — заряд электрона. Это дает

ΔQ=1020×(-1,60×10-19C)=-16,0C. ΔQ=1020×(-1,60×10-19C)=-16,0C.

19,2

Время Δt=2×10-3 с Δt=2×10-3 с – это продолжительность удара молнии.

Решение

Сила тока при ударе молнии

I=ΔQΔt=-16,0C2×10-3с=-8кА.I=ΔQΔt=-16,0C2×10-3с=-8кА.

19.3

Обсуждение

Знак минус отражает тот факт, что электроны несут отрицательный заряд. Таким образом, хотя электроны текут от облака к земле, положительный ток определяется как течет от земли к облаку.

Рабочий пример

Средний ток для зарядки конденсатора

В цепи, содержащей конденсатор и резистор, требуется 1 мин для зарядки конденсатора емкостью 16 мкФ с помощью 9-В батарея. Какова средняя сила тока за это время?

Стратегия

Мы можем определить заряд конденсатора, используя определение емкости: C=QVC=QV . Когда конденсатор заряжается от 9-вольтовой батареи, напряжение на конденсаторе будет V=9VV=9V. Это дает заряд

C=QVQ=CV.C=QVQ=CV.

19,4

Подставляя это выражение для заряда в уравнение для тока I=ΔQΔtI=ΔQΔt, мы можем найти средний ток.

Решение

Средний ток

I=ΔQΔt=CVΔt=(16×10−6F)(9V)60s=2,4×10−6A=2,4 мкA.I=ΔQΔt=CVΔt=(16×10−6F) (9 В) 60 с = 2,4 × 10–6 А = 2,4 мкА.

19,5

Обсуждение

Этот малый ток типичен для тока, встречающегося в цепях, подобных этой.

Практические задачи

1.

Заряд 10 нКл проходит по цепи за 3,0 × 10 ⁻⁶ с. Какой ток в это время?

1. Ток, протекающий по цепи, равен 3,3·10 ⁻³ А.
2. По цепи проходит ток 30 А.
3. По цепи проходит ток 33 А.
4. Ток, проходящий через цепь, составляет 0,3 А.

2.

Сколько времени потребуется току 10\text{-мА} для зарядки конденсатора с 5,0\,\text{мКл}?

1. 0,50\,\текст{с}

2. 5\,\text{ns}

3. 0,50\,\text{ns}

4. 50\,\мю\текст{с}

Сопротивление и закон Ома

Как упоминалось ранее, электрический ток в проводе во многом подобен воде, протекающей по трубе. На поток воды, который может течь по трубе, влияют препятствия в трубе, такие как засоры и узкие участки трубы. Эти препятствия замедляют течение тока по трубе. Точно так же электрический ток в проводе может быть замедлен многими факторами, включая примеси в металле провода или столкновения между зарядами в материале. Эти факторы создают сопротивление электрическому току. Сопротивление — это описание того, насколько провод или другой электрический компонент сопротивляется потоку заряда через него. В 19XX века немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) экспериментально установил, что сила тока в проводнике пропорциональна падению напряжения на проводнике с током.

И∝ВИ∝В

Константой пропорциональности является сопротивление R материала, что приводит к

В=ИК(1,3).В=ИК(1,3).

Это соотношение называется законом Ома. Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, где напряжение является причиной, а ток — следствием. Закон Ома — это эмпирический закон, подобный закону трения, а это означает, что это экспериментально наблюдаемое явление. Единицами сопротивления являются вольты на ампер или В/А. Мы называем V / A ом , что обозначается заглавной греческой буквой омега (ΩΩ). Таким образом,

1Ом=1В/А(1.4).1Ом=1В/А(1.4).

Закон Ома выполняется для большинства материалов и при обычных температурах. При очень низких температурах сопротивление может упасть до нуля (сверхпроводимость). При очень высоких температурах тепловое движение атомов в материале препятствует потоку электронов, увеличивая сопротивление. Многие вещества, для которых выполняется закон Ома, называются омическими. К омическим материалам относятся хорошие проводники, такие как медь, алюминий и серебро, а также некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах. Сопротивление омических материалов остается практически одинаковым в широком диапазоне напряжений и токов.

Смотреть физику

Введение в электричество, цепи, ток и сопротивление

В этом видео представлен закон Ома и показана простая электрическая цепь. Спикер использует аналогию с давлением, чтобы описать, как электрический потенциал заставляет двигаться заряд. Он называет электрический потенциал , электрическое давление . Другой способ представления об электрическом потенциале — представить, что множество частиц одного знака скопилось в небольшом ограниченном пространстве. Поскольку эти заряды имеют одинаковый знак (все они положительные или все отрицательные), каждый заряд отталкивает окружающие его заряды. Это означает, что множество зарядов постоянно выталкивается за пределы пространства. Полная электрическая цепь подобна открытию двери в маленьком пространстве: какие бы частицы ни подтолкнули к двери, теперь у них есть способ убежать. Чем выше электрический потенциал, тем сильнее каждая частица давит на другую.

Если на принципиальной схеме, показанной на видео, вместо одного резистора R начертить два резистора сопротивлением R каждый, что можно сказать о токе через цепь?

1. Количество тока в цепи должно уменьшиться вдвое.

2. Количество тока в цепи должно увеличиться вдвое.

3. Ток в цепи должен оставаться одинаковым.

4. Количество тока в цепи удвоится.

Виртуальная физика

Закон Ома

Эта симуляция имитирует простую схему с батареями, обеспечивающими источник напряжения, и резистором, подключенным параллельно батареям. Посмотрите, как на ток влияет изменение сопротивления и/или напряжения. Обратите внимание, что сопротивление моделируется как элемент, содержащий небольшие центров рассеяния . Они представляют собой примеси или другие препятствия, препятствующие прохождению тока.

PhET Исследования: Закон Ома. Посмотрите, как форма уравнения 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.

Нажмите, чтобы просмотреть содержимое

В цепи, если сопротивление оставить постоянным, а напряжение удвоить (например, с 3\,\text{В} до 6\,\text{В}), как изменится ток? Соответствует ли это закону Ома?

1. Ток удвоится. Это соответствует закону Ома, поскольку ток пропорционален напряжению.

2. Ток удвоится. Это не соответствует закону Ома, поскольку ток пропорционален напряжению.

3. Ток увеличится вдвое. Это соответствует закону Ома, поскольку ток пропорционален напряжению.

4. Ток уменьшится вдвое. Это не соответствует закону Ома, поскольку ток пропорционален напряжению.

Рабочий пример

Сопротивление фары

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

Стратегия

Закон Ома говорит нам, что Vheadlight=IRheadlightVheadlight=IRheadlight . Падение напряжения при прохождении через фару — это просто повышение напряжения, обеспечиваемое аккумулятором, Vheadlight=VbatteryVheadlight=Vbattery. Мы можем использовать это уравнение и изменить закон Ома, чтобы найти сопротивление RheadlightRheadlight фары.

Решение

Решая закон Ома для сопротивления фары, получаем

19.6

Обсуждение

Это относительно небольшое сопротивление. Как мы увидим ниже, сопротивления в цепях обычно измеряются в кВт или МВт.

Рабочий пример

Определите сопротивление по графику ток-напряжение

Предположим, вы прикладываете к цепи несколько разных напряжений и измеряете ток, протекающий по цепи. График ваших результатов показан на рис. 19.7. Каково сопротивление цепи?

Рисунок 19,7 Линия показывает ток как функцию напряжения. Обратите внимание, что сила тока указана в миллиамперах. Например, при 3 В ток равен 0,003 А или 3 мА.

Стратегия

График показывает, что ток пропорционален напряжению, что соответствует закону Ома. По закону Ома (V=IRV=IR) константа пропорциональности равна сопротивлению Р . Поскольку на графике ток показан как функция напряжения, мы должны преобразовать закон Ома в следующую форму: I=VR=1R×VI=VR=1R×V. Это показывает, что наклон линии I по сравнению с V составляет 1R1R. Таким образом, если мы найдем наклон линии на рисунке 19.7, мы можем вычислить сопротивление R .

Решение

Наклон линии равен подъему , деленному на пробег . Глядя на нижний левый квадрат сетки, мы видим, что линия увеличивается на 1 мА (0,001 А) и проходит при напряжении 1 В. Таким образом, наклон линии равен

наклон=0,001A1V.наклон=0,001A1V.

19,7

Приравнивание наклона с 1R1R и решением для r дает

1R = 0,001A1R = 1V0,001A = 1000 Ом1R = 0,001A1R = 1V0,001A = 1000 Ом

9,8

или 1V0,001A = 1000 Ом

или 1-е. .

Обсуждение

Это сопротивление больше, чем то, что мы нашли в предыдущем примере. Сопротивления, подобные этому, распространены в электрических цепях, как мы узнаем в следующем разделе. Обратите внимание, что если линия на рис. 19.7 не были прямыми, тогда материал не был бы омическим, и мы не могли бы использовать закон Ома. Материалы, которые не подчиняются закону Ома, называются неомическими.

Практические задачи

3.

Если удвоить напряжение на омическом резисторе, как изменится ток через резистор?

1. Ток удвоится.

2. Ток увеличится вдвое.

3. Ток уменьшится вдвое.

4. Ток уменьшится в два раза.

4.

Ток через резистор равен 0,025\,\text{A}. Чему равно падение напряжения на резисторе?

1. 2,5\,\текст{мВ}

2. 0,25\,\текст{В}

3. 2.5\,\текст{В}

4. 0,25\,\текст{мВ}

Проверьте свое понимание

5.

Что такое электрический ток?

1. Электрический ток – это электрический заряд, находящийся в состоянии покоя.

2. Электрический ток — это движущийся электрический заряд.

3. Электрический ток — это электрический заряд, который перемещается только от положительного полюса батареи к отрицательному полюсу.

4. Электрический ток — это электрический заряд, который перемещается только из области с более низким потенциалом в область с более высоким потенциалом.

6.

Что такое омический материал?

1. Омический материал — это материал, подчиняющийся закону Ома.

2. Омический материал — это материал, который не подчиняется закону Ома.

3. Омический материал — это материал с высоким сопротивлением.

4. Омический материал — это материал с низким сопротивлением.

7.