Как зависит сила тока от напряжения. Закон Ома: зависимость силы тока от напряжения и сопротивления — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как связаны между собой сила тока, напряжение и сопротивление в электрической цепи. Что такое электрическое сопротивление проводника. Как формулируется закон Ома для участка цепи. Какие факторы влияют на сопротивление проводника.

Содержание

Что такое электрическое сопротивление проводника

Электрическое сопротивление — это физическая величина, характеризующая свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока. Чем больше сопротивление проводника, тем меньший ток протекает через него при заданном напряжении.

Единица измерения сопротивления в СИ — Ом. Сопротивление в 1 Ом имеет такой проводник, в котором при напряжении 1 В сила тока равна 1 А.

От чего зависит сопротивление проводника?

Сопротивление проводника зависит от следующих факторов:

Длины проводника — чем длиннее проводник, тем больше его сопротивление
Площади поперечного сечения — чем толще проводник, тем меньше сопротивление
Материала проводника — разные вещества обладают разной удельной проводимостью
Температуры — с ростом температуры сопротивление металлов обычно увеличивается

Как формулируется закон Ома для участка цепи

Закон Ома для участка цепи устанавливает связь между силой тока, напряжением и сопротивлением:

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Математически закон Ома записывается формулой:

I = U / R

где I — сила тока, U — напряжение, R — сопротивление.

Зависимость силы тока от напряжения при постоянном сопротивлении

При постоянном сопротивлении участка цепи сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению. То есть, если увеличить напряжение в 2 раза, то и сила тока возрастет в 2 раза.

Эту зависимость можно наглядно представить графиком — прямой линией, проходящей через начало координат. Угол наклона этой прямой определяется величиной сопротивления — чем больше сопротивление, тем меньше угол наклона.

Как сопротивление влияет на силу тока при постоянном напряжении

При неизменном напряжении увеличение сопротивления участка цепи приводит к уменьшению силы тока. Между силой тока и сопротивлением существует обратно пропорциональная зависимость — если сопротивление увеличить в 2 раза, то сила тока уменьшится в 2 раза.

Эту зависимость можно изобразить графически в виде гиперболы. При стремлении сопротивления к бесконечности сила тока стремится к нулю.

Применение закона Ома для расчетов электрических цепей

Закон Ома позволяет рассчитывать параметры электрических цепей:

Зная напряжение и сопротивление, можно определить силу тока: I = U / R
По известным значениям тока и сопротивления вычисляется напряжение: U = I * R
Сопротивление участка цепи находится по формуле: R = U / I

Эти соотношения широко применяются при проектировании и анализе электрических схем.

Ограничения применимости закона Ома

Закон Ома справедлив не для всех проводников и условий. Он не выполняется в следующих случаях:

Для полупроводников — их сопротивление зависит от приложенного напряжения
При очень сильных токах, вызывающих значительный нагрев проводника
В газовых разрядах и плазме
Для сверхпроводников, сопротивление которых равно нулю

В этих ситуациях для расчетов требуются более сложные модели и уравнения.

Экспериментальная проверка закона Ома

Закон Ома можно проверить экспериментально, измеряя силу тока при различных значениях напряжения на концах проводника. Для этого собирают электрическую цепь, содержащую:

Источник регулируемого напряжения
Исследуемый проводник
Амперметр для измерения силы тока
Вольтметр для измерения напряжения

Изменяя напряжение и фиксируя соответствующие значения силы тока, получают набор экспериментальных данных. Построенный по этим данным график I(U) должен представлять собой прямую линию, что подтверждает линейную зависимость между током и напряжением.

Значение закона Ома для развития электротехники

Открытие закона Ома в 1826 году стало важнейшим этапом в развитии учения об электричестве. Этот закон:

Позволил количественно описывать процессы в электрических цепях
Заложил основы для расчета и проектирования электрических устройств
Дал толчок развитию теоретической электротехники
Нашел широкое практическое применение в энергетике, связи, электронике

Закон Ома по праву считается одним из фундаментальных законов электродинамики, наряду с законами Кирхгофа, Джоуля-Ленца и другими.

Зависимость силы тока от напряжения | 8 класс

Содержание

В прошлых уроках мы установили зависимость степени проявления действий тока от силы тока. Например, чем больше была сила тока в цепи, тем сильнее проявлялось тепловое действие. Это было наглядно продемонстрировано в опытах с нагреванием медной или никелевой проволоки (рисунок 1).

А от чего зависит тогда сила тока? Из формулы $I = \frac{q}{t}$ можно сказать, что сила тока зависит от заряда и времени его прохождения через поперечное сечение проводника. То есть это характеристика упорядоченного движения заряженных частиц в электрическом поле.

Значит, чем сильнее действие электрического поля, тем больше и сила тока.

А какая величина характеризует это электрическое поле? Напряжение! Значит, мы можем предположить, что сила тока и напряжение как-то связаны между собой.

На данном уроке мы установим опытным путем эту зависимость и рассмотрим ее график.

Установление зависимости силы тока от напряжения на опыте

Проведем опыт. Соберем электрическую цепь, состоящую из источника тока, ключа, амперметра, спирали из никелевой проволоки и вольтметра (рисунок 2).

Спираль из никелевой проволоки будет являться своеобразным проводником, отличающимся от других проводов. Вольтметр мы подсоединяем к ней параллельно.

Схема этой электрической цепи представлена на рисунке 3. Прямоугольником мы обозначили спираль из проволоки.

Замыкаем нашу цепь. Фиксируем показания амперметра и вольтметра.

Теперь добавим в нашу цепь еще один источник тока. Он будет идентичен первому (рисунок 4).

Схема такой цепи будет выглядеть, как показано на рисунке 5.

Замкнем цепь. Снова зафиксируем показания приборов.

Что мы увидим, если сравним их с первыми показаниями?

Напряжение на спирали увеличилось в два раза. Сила тока тоже увеличилась в два раза.

Если мы добавим третий источник тока в цепь, то увидим увеличение силы тока и напряжения уже не в два, а в три раза. Добавим четвертый источник тока — увидим увеличение обоих показаний в четыре раза и т.д.

{"questions":[{"content":"Если в электрической цепи, которую мы рассмотрели выше, у нас будет пять источников тока, то[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["сила тока увеличится в 5 раз","напряжение увеличится в 5 раз","сила тока уменьшится в 5 раз","напряжение уменьшится в 5 раз","сила тока увеличится в 2,5 раза"],"answer":[0,1]}}}]}

Зависимость силы тока от напряжения

Как же зависит сила тока в проводнике от напряжения на концах проводника?

Опыт показал нам, что во сколько раз увеличивается напряжение на концах одного и того же проводника, во столько же раз увеличивается и сила тока в нем.

Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника.

{"questions":[{"content":"Электрическое напряжение на концах проводника и сила тока в нем[[choice-8]]","widgets":{"choice-8":{"type":"choice","options":["прямо пропорциональны друг другу","обратно пропорциональны друг другу","не зависят друг от друга"],"answer":[0]}}}]}

График зависимости силы тока от напряжения

Какой вид имеет график зависимости силы тока от напряжения?

Пример такого графика показан на рисунке 6. Это график прямой пропорциональности. Прямая, описывающая его, проходит через начало координат. По горизонтальной оси у нас отложены значения напряжения, а по вертикальной — силы тока.

Какую зависимость между величинами он отражает?

Такой график отражает прямо пропорциональную зависимость между этими двумя величинами: силой тока и напряжением. То есть, во сколько раз мы увеличим напряжение на концах проводника, во столько же раз увеличится сила тока в нем.

{"questions":[{"content":"Если напряжение на концах проводника уменьшится в 3 раза, то сила тока в нем[[choice-11]]","widgets":{"choice-11":{"type":"choice","options":["уменьшится в 3 раза","увеличится в 3 раза","не изменится","уменьшится в 1,5 раза"],"answer":[0]}}}]}

Упражнения

Упражнение №1

При напряжении на концах участка цепи, равном $2 \space В$, сила тока в проводнике $0.4 \space А$. Каким должно быть напряжение, чтобы в том же проводнике сила тока была $0.8 \space А$?

Дано:
$U_1 = 2 \space В$
$I_1 = 0.4 \space А$
$I_2 = 0.8 \space А$

$U_2 — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Мы знаем, что напряжение и сила тока прямо пропорциональны друг другу. Значит, во сколько раз увеличилась сила тока, во столько же раз увеличится и напряжение.

Посмотрим, во сколько раз увеличилась сила тока:
$\frac{I_2}{I_1} = \frac{0.8 \space А}{0.4 \space А} = 2$.

Получается, что сила тока увеличилась в 2 раза. Значит, напряжение тоже увеличится в два раза:
$U_2 = 2 \cdot U_1 = 2 \cdot 2 \space В = 4 \space В$.

Ответ: $U_2 = 4 \space В$.

Упражнение №2

При напряжении на концах проводника $2 \space В$ сила тока в проводнике $0.5 \space А$. Какой будет сила тока в проводнике, если напряжение на его концах увеличится до $4 \space В$; если напряжение на его концах уменьшится до $1 \space В$?

Дано:
$U_1 = 2 \space В$
$I_1 = 0.5 \space А$
$U_2 = 4 \space В$
$U_3 = 1 \space В$

$I_2 — ?$
$I_3 — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Сила тока и напряжение прямо пропорциональны друг другу. Во сколько раз увеличится напряжение, во столько раз увеличится и сила тока. И наоборот, во сколько раз уменьшится напряжение, во столько же раз уменьшится и сила тока.

В первом случае:
$\frac{U_2}{U_1} = \frac{4 \space В}{2 \space В} = 2$.

Напряжение увеличилось в 2 раза, значит, и сила тока увеличится в 2 раза:
$I_2 = 2 \cdot I_1 = 2 \cdot 0.5 \space А = 1 \space А$.

Во втором случае напряжение уменьшилось. Учтем это при вычислениях:
$\frac{U_1}{U_3} = \frac{2 \space В}{1 \space В} = 2$.

Напряжение уменьшилось в 2 раза. Значит, сила тока тоже уменьшится в два раза:
$I_3 = \frac{I_1}{2} = \frac{0.5 \space А}{2} = 0.25 \space А$.

Ответ: $I_2 = 1 \space А$, $I_3 = 0.25 \space А$.

Вопрос: От чего, кроме напряжения, зависит сила тока в проводнике? Ответ на вопрос – iq2u

Точные науки Физика

Ответ:

От его сопротивления.

Что? Где? Когда? Эрудит онлайн: ответы на вопросы:

Какое явление, сопровождающее прохождение тока через проводящую электричество жидкость, обусловлено химическим действием тока?
Отчего на Земле бывают лето и зима?
Какие явления сопровождают прохождение тока через металлы?
Чего боялся Лопахин после окончания боя?
Чему равно изменение внутренней энергии ΔU тела?»> Над телом совершена работа А внешними силами, и телу передано количество теплоты. Чему равно изменение внутренней энергии ΔU тела?
Если сухой комочек почвы бросить в воду, вверх пойдут пузырьки. Наличие чего в почве это доказывает?
Чем отличаются молекулы горячего чая от молекул этого же чая, когда он остыл?

Какие из величин (скорость, сила, ускорение, перемещение) при механическом движении всегда совпадают по направлению?
Сколько времени потребуется электрическому току, чтобы при напряжении 100 В и силе тока 0,2 А совершить в цепи работу 400 Дж?
Какова скорость распространения электрического тока в цепи?
Как изменится энергия магнитного поля, если сила тока уменьшится вдвое?»> В катушке с индуктивностью 0,6 Гн сила тока равна 20 А. Как изменится энергия магнитного поля, если сила тока уменьшится вдвое?
От чего зависит громкость звука?
От каких факторов зависит сопротивление проводника?
Какие три прибора нужны для определения работы электрического тока?
Что должно быть в стихах, кроме рифмы?

Напряжение вызывает ток или ток вызывает напряжение?

Это одна из тех тем, например, что лучше AC или DC, о которых люди могут вечно спорить. Однако, несмотря на мои здравые суждения, я собираюсь взвесить.

Напряжение Причины Ток

Давайте рассмотрим два основных метода создания напряжения.

1. АККУМУЛЯТОР

Аккумулятор — одно из самых недооцененных устройств, которые мы используем. Классический шаблон «почему небо голубое?» ответ на вопрос, как работает жидкое тесто….

«Батарейки состоят из трех частей: анода (-), катода (+) и электролита. Катод и анод (положительная и отрицательная стороны на обоих концах традиционной батареи) подключены к электрической цепи. Химические реакции в батарее вызывают накопление электронов на аноде».
Сукре

Это мы пропустили при ответе на вопрос «Как работают батарейки?» поскольку эта вещь была изобретена, и она обычно принимается как «имеющий смысл» ответ, и люди на этом останавливаются. Люди думают об этом как о конденсаторе, что анод и катод подобны обкладкам конденсатора с накопленным на них зарядом.

К сожалению, тоже совершенно неверно.

Если бы это было правдой, две вещи, как вы знаете, не были бы правдой. Во-первых, если бы приведенное выше описание было правдой, большая батарея означала бы более химическую реакцию и, следовательно, большее напряжение. Но мы знаем, что это неправда, щелочная батарея AAA имеет то же напряжение, что и D-Cell. Во-вторых, если химическая реакция вызывает напряжение, идеальная батарея (без утечки тока) не может вечно удерживать заряд, если ее оставить неподключенной. Химическая реакция в какой-то момент «сгорела» сама собой.

Правда в том, что батарея вырабатывает напряжение без реакции. Реакция происходит, когда вы позволяете току течь между клеммами.

Так что же НА САМОМ ДЕЛЕ происходит.

Батарейки работают из-за менее известного физического эффекта, называемого электроотрицательностью.

«Электроотрицательность, символ χ, представляет собой химическое свойство, которое описывает тенденцию атома притягивать к себе электроны (или плотность электронов). На электроотрицательность атома влияет как его атомный номер, так и расстояние, на котором находятся его валентные электроны от заряженное ядро. Чем выше связанное с ним число электроотрицательности, тем больше элемент или соединение притягивает к себе электроны».

Что это значит? Это означает, что когда вы соединяете два разнородных элемента в присутствии электролита, материала, который способствует движению ионов между металлами, возникает сила, которая стремится притягивать электроны с одной стороны на другую. Мы называем эту силу НАПРЯЖЕНИЕМ.

Когда вы строите это, вы создаете гальванический элемент.

«В гальваническом элементе атомы металла одной полуэлемента способны индуцировать восстановление катионов металлов другого полуэлемента; наоборот, катионы металлов одного полуэлемента способны окислять атомы металла. другой полуэлемента. Когда металл В имеет большую электроотрицательность, чем металл А, тогда металл В имеет тенденцию красть электроны у металла А (то есть металл В имеет тенденцию окислять металл А), таким образом благоприятствуя одному направлению реакции: »

Когда вы соединяете клеммы вместе через проводник, напряжение тянет электроны от одного металла к другому через этот проводник. Это позволяет ионам двигаться через электролит и происходит химическая реакция.

Но опять же, для ясности, при отключении ничего не движется. Нет тока, нет химической реакции и нет накопления «заряда». Но напряжение все равно есть.

2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

Рассмотрим схему ниже.

^{смоделируйте эту схему — Схема создана с помощью CircuitLab}

Итак, если вы знаете свое дело, вы знаете, что на выходах этого трансформатора появляется 100 В переменного тока. Это достаточно легко понять, верно?

Но сколько тока течет?

Ответ…… НЕТ .

Из закона сохранения энергии известно, что, поскольку выходы отключены, питание не снимается с выхода трансформатора и, следовательно, питание не подается на вход. Опять же, как следствие, мощность с генератора также не снимается. Ток в приведенной выше цепи равен нулю с обеих сторон. Нет движения зарядов.

Так откуда же взялось напряжение на правой стороне?

Правда в том, что вращающиеся магниты индуцируют электрическое поле в катушках генератора, которое распространяется по проводникам со скоростью света. Это движущееся электрическое поле создает магнитное поле в трансформаторе, которое, в свою очередь, создает противоположное электрическое поле во вторичной обмотке.

Все это происходит без движения заряда.

В первичной обмотке трансформатор эффективно создает противо-ЭДС, равную ЭДС генератора. Поскольку напряжения одинаковы, ток не может течь по проводам.

Когда вы подключаете нагрузку к вторичной обмотке, напряжение генерирует ток, который вызывает коллапс части электрического поля. Обратная ЭДС на первичной обмотке падает из-за сочувствия. Это приводит к дисбалансу напряжений в первичной обмотке и токов, протекающих от генератора.

A ПОСЛЕДНЯЯ ДЕМОНСТРАЦИЯ

Рассмотрим двигатель постоянного тока. Хорошо, мы все знаем, что вы подаете напряжение на двигатель, двигатель «возбуждается» и начинает вращаться. Ток протекает через двигатель и создает крутящий момент.

Но затем происходит странная вещь, называемая «обратная ЭДС».

Вот ваше последнее доказательство того, что напряжение не вызвано током.

Вы ЗНАЕТЕ, что ваш ток «входит» в КРАСНУЮ ПРОУШИНУ двигателя, и тем не менее чудесным образом это напряжение появляется в неправильном направлении. Заряд не может накапливаться на катушке, потому что вы знаете, что электроны движутся в другую сторону.

Напряжение — вещь само по себе. Ему не нужен ток в цепи.

НО….

Истина «материи» в том, что это все теория и предположение, чтобы попытаться построить работоспособную модель для описания наблюдаемого эффекта.

Как и во всех теориях, чем больше ответов вы даете, тем больше вопросов задают. Далее у каждой теории есть свой набор верующих и неверующих. Теории и модели также меняются со временем. Вот почему мы называем их теориями.

Это как чистить лук. Чем глубже мы погружаемся, тем страннее становится.

Однако на макроскопическом уровне, на котором мы работаем, вы открываете переключатель, ток исчезает, но напряжение остается. В конце концов, это все, что действительно важно на этом форуме.

То, как он туда попадает физически, на самом деле не имеет большого значения, если, возможно, вы не строите квантовый компьютер на своей макетной плате.

Путаница с током и напряжением

Напряжение — это сила, с которой двигаются электроны. Ток — это сколько течет. Итак, если я увеличу напряжение, значит, я увеличу давление, и ток тоже увеличится.

Точно, если это поможет, мои аналогии:

Я думаю об электронах как о газе.
Я думаю о большом сопротивлении как о тонкой трубке, а о малом сопротивлении — как о толстой трубке, которая облегчает или затрудняет протекание тока.
Я думаю о конденсаторе как о мембране в трубе; если давление (напряжение) увеличивается с одной стороны, мембрана вздувается, и давление должно измениться и с другой стороны. Конденсатор большего размера означает мембрану большей площади или более мягкий материал. Конденсатор меньшего размера означает мембрану меньшей площади или более твердый материал.
Я думаю о катушке индуктивности как о множестве вентиляторов в трубе. Если ток течет, вентиляторы вращаются, и если ток больше не проходит, вентиляторы продолжают вращаться некоторое время.

Существуют разные типы источников питания, которые обеспечивают разные токи при одном и том же напряжении. Они уменьшают ток с помощью сопротивления и увеличивают с помощью транзисторов. Верно ?

Почти. Источники питания обычно регулируются для подачи либо фиксированного напряжения, либо фиксированного тока. Затем схема регулирования регулирует другую неизвестную величину до необходимой. Тип компонентов, регулирующих регулирование, может различаться, но для источника напряжения часто бывает так, что транзисторы обеспечивают больший ток, когда это необходимо, а сопротивление потребляет меньший ток, чтобы получить стабильную схему регулирования.

Я бы назвал транзистор регулируемым резистором. В аналогии с трубой/мембраной представьте шланг, который можно сжать, чтобы сделать трубу тоньше.

Теперь путаница, я думаю, что то, какой ток будет потребляться от источника питания, зависит от устройства, которому требуется электричество. И если устройство потребляет больше тока, чем может подать блок питания, блок питания нагреется и перегорит.

Правильно. Это может случиться. Это не должно произойти, но могло бы. И часто тепло вызывает нечто иное, чем взрыв.

Мой актуальный вопрос: можем ли мы заставить электронное устройство потреблять больше тока, если от источника питания поступает больший ток? Если да, то почему вентилятор потребляет всего 1 А, а кондиционер потребляет 10 А при том же источнике питания. Почему не дует вентилятор?

Ответ: да или нет, в зависимости от схемы. Как и источники напряжения, большинство электронных схем рассчитаны на работу либо при фиксированных условиях напряжения, либо при фиксированных условиях тока. Если вы увеличите количество, которое считалось фиксированным в конструкции, устройство обычно будет потреблять больше энергии и нагреваться до тех пор (… что бы ни случилось…). Теперь некоторая электроника включает в себя собственную регулировку источника питания, обычно в виде трансформатора, который преобразует ожидаемый входной сигнал в выходной, и может обеспечить некоторую защиту от перегрузки, если вход превышает максимальные значения. В случае защиты от перегрузки вы просто шунтируете дополнительную мощность, а реальная часть, которая делает что-то полезное, вряд ли увидит какое-либо изменение в доступной мощности … по крайней мере, пока сама защита от перегрузки не расплавится.

В случае зарядного устройства USB для телефона вы смотрите на (более или менее) источник фиксированного напряжения. В одном случае он ограничен подачей 0-200 мА, а в другом случае он ограничен подачей 0-1500 мА. Если телефон разработан таким образом, что он может определять, сколько ампер доступно, то он может сам регулировать, сколько ампер используется для зарядки (с безопасным значением для фирменной батареи и номиналами внутренних компонентов).