Мощность закон ома. Закон Ома: ключевые понятия, формулы и применение в электротехнике

Что такое закон Ома и как он связывает напряжение, ток и сопротивление. Какие основные формулы используются для расчетов по закону Ома. Как применяется закон Ома на практике в электрических цепях.

Сущность закона Ома

Закон Ома — фундаментальный закон электротехники, устанавливающий связь между тремя основными электрическими величинами:

• Напряжением (U)
• Силой тока (I)
• Сопротивлением (R)

Согласно закону Ома, сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению. Математически это выражается формулой:

I = U / R

Где:

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

Основные формулы закона Ома

Из основной формулы закона Ома можно вывести еще две формулы:

• U = I * R (напряжение равно произведению силы тока на сопротивление)
• R = U / I (сопротивление равно отношению напряжения к силе тока)

Эти три формулы образуют так называемый «треугольник закона Ома», который позволяет легко запомнить соотношения между величинами.

Применение закона Ома на практике

Закон Ома находит широкое применение в электротехнике и электронике для расчета параметров электрических цепей. Вот несколько примеров практического использования:

• Расчет тока в цепи при известном напряжении источника питания и сопротивлении нагрузки
• Определение необходимого сопротивления резистора для ограничения тока до заданного значения
• Вычисление падения напряжения на участке цепи
• Расчет параметров делителей напряжения

Закон Ома для полной цепи

Для полной электрической цепи, включающей источник ЭДС, закон Ома записывается в виде:

I = E / (R + r)

Где:

• E — электродвижущая сила источника
• R — сопротивление внешней цепи
• r — внутреннее сопротивление источника

Эта формула учитывает влияние внутреннего сопротивления источника на ток в цепи.

Ограничения закона Ома

Важно понимать, что закон Ома применим не ко всем электрическим цепям и компонентам. Существуют следующие ограничения:

• Закон справедлив только для линейных элементов цепи
• Не применим к полупроводниковым приборам с нелинейной вольт-амперной характеристикой
• Не учитывает реактивные сопротивления в цепях переменного тока

В этих случаях используются более сложные методы анализа электрических цепей.

Мощность в электрической цепи

Закон Ома тесно связан с понятием электрической мощности. Мощность P, выделяемая на участке цепи, может быть рассчитана по формулам:

• P = U * I
• P = I^2 * R
• P = U^2 / R

Эти формулы позволяют вычислить мощность, зная любые две из трех величин — напряжение, ток и сопротивление.

Закон Ома в цепях переменного тока

В цепях переменного тока закон Ома сохраняет свою форму, но вместо активного сопротивления R используется полное сопротивление Z:

I = U / Z

Полное сопротивление Z учитывает не только активное сопротивление, но и реактивные составляющие — индуктивное и емкостное сопротивления.

Методы измерения электрических величин

Для практического применения закона Ома важно уметь измерять электрические величины. Основные методы измерения:

• Напряжение измеряется вольтметром, включенным параллельно участку цепи
• Ток измеряется амперметром, включенным последовательно в цепь
• Сопротивление измеряется омметром или методом вольтметра-амперметра

Современные цифровые мультиметры позволяют измерять все эти величины одним прибором.

Примеры расчетов по закону Ома

Рассмотрим несколько простых примеров применения закона Ома:

1. К источнику напряжения 12 В подключен резистор сопротивлением 100 Ом. Определим ток в цепи: I = U / R = 12 В / 100 Ом = 0.12 А
2. По проводнику течет ток 2 А при напряжении 220 В. Найдем сопротивление проводника: R = U / I = 220 В / 2 А = 110 Ом
3. Через резистор 470 Ом протекает ток 0.01 А. Рассчитаем напряжение на резисторе: U = I * R = 0.01 А * 470 Ом = 4.7 В

Эти примеры демонстрируют, как легко можно найти неизвестную величину, зная две другие.

Закон Ома в сложных цепях

В сложных электрических цепях, содержащих несколько источников питания и потребителей, закон Ома применяется в сочетании с правилами Кирхгофа. Это позволяет:

• Рассчитывать токи в отдельных ветвях цепи
• Определять напряжения на различных участках
• Находить эквивалентное сопротивление сложных цепей

Для анализа таких цепей часто используются специальные методы, такие как метод контурных токов или метод узловых потенциалов.

Практические приложения закона Ома

Закон Ома находит применение во многих областях техники:

• Проектирование электронных устройств
• Расчет электропроводки в зданиях
• Выбор предохранителей и автоматических выключателей
• Оптимизация энергопотребления электроприборов
• Диагностика неисправностей в электрических цепях

Понимание закона Ома необходимо для всех специалистов, работающих с электричеством.

Заключение

Закон Ома — один из фундаментальных законов электротехники, связывающий напряжение, ток и сопротивление в электрических цепях. Его знание и умение применять на практике необходимо для понимания работы электрических устройств и систем. Несмотря на кажущуюся простоту, закон Ома лежит в основе многих сложных электротехнических расчетов и имеет широчайшее практическое применение.

Закон Ома онлайн — формулы и калькулятор

=>> , где I – интенсивность тока, U – напряжение, R – сопротивление.Теперь попробуем найти ток, закрыв его рукой. IТеперь перед напряжением и сопротивлением есть горизонтальная линия, горизонтальная линия – это линия, идущая слева направо. Горизонтальная линия обозначает разделение. Поэтому, чтобы найти силу тока, разделите напряжение на сопротивление.

Содержание

Примеры расчетов по закону Ома

Найдем напряжение, если сила тока 0,9 ампера, а сопротивление 100 Ом, с помощью треугольника накройте напряжение рукой, смотрите, вертикальная линия означает умножение. Снова используем ту же формулу, но меняем местами цифры: U = 0,9 ампера * 100 Ом, считаем, получается 90, значит U = 90 вольт.

Теперь рассчитаем сопротивление, взяв те же единицы, но убрав сопротивление, получим такую формулу: R = 90 вольт = 0,9 А, получаем 100 Ом.

Чтобы вычислить силу тока, мы снова вычитаем силу тока, получаем такую формулу I = 90 В n100 Ом, получаем 0,9 Ампер. Вот и все, кстати, закон Ома действует там, где нет катушек и конденсаторов, не ведитесь на конденсаторы и индукторы, просто помните, что закон Ома действует там, где нет катушек и конденсаторов. Надеюсь, моя статья была полезной, всем удачи, с вами был Дмитрий Цывцын.

Формула мгновенной электрической мощности:

Как найти напряжение, если известно сопротивление

Причиной написания этой статьи стала не сложность этих формул, а тот факт, что при проектировании и разработке любой схемы часто приходится перебирать ряд значений, чтобы получить требуемые параметры или сбалансировать схему. Данная статья и включенный в нее калькулятор облегчат этот выбор и ускорят весь процесс. Также в конце этой статьи я приведу несколько приемов для запоминания основной формулы закона Ома. Эта информация будет полезна для начинающих. Хотя формула проста, иногда, особенно в начале, возникает путаница в том, где и какой параметр следует разместить.

В электронике и электротехнике закон Ома и формула для расчета мощности используются чаще, чем любая другая формула. Они определяют жесткую взаимосвязь между четырьмя наиболее распространенными электрическими величинами: током, напряжением, сопротивлением и мощностью.

Закон Ома. Эта взаимосвязь была обнаружена и доказана Джорджем Саймоном Омом в 1826 году. В цепи ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.

Основная формула записывается так:

После преобразования основной формулы можно найти еще две величины:

Мощность. Его определение таково: мощность – это произведение мгновенных значений напряжения и тока в электрической цепи.

Формула мгновенной электрической мощности:

Вот онлайн-калькулятор для расчета закона Ома и мощности. Этот калькулятор позволяет определить взаимосвязь между четырьмя электрическими величинами: током, напряжением, сопротивлением и мощностью. Все, что вам нужно сделать, это ввести любые два значения. Используйте стрелки вверх и вниз для изменения введенного значения с шагом в единицу. Вы также можете выбрать размеры значений. Кроме того, для облегчения выбора параметров калькулятор может сохранить до десяти ранее выполненных расчетов, с теми же размерами, при которых производились расчеты.

Когда мы учились в радиотехническом техникуме, нам приходилось все запоминать. Чтобы легче было запомнить, есть три информационных листа по закону Ома. Вот приемы, которые мы использовали.

Первый – это принцип мнемоники. Если выразить сопротивление из формулы закона Ома, то R = дробь.

Второй – это метод треугольника. Это также называется магическим треугольником закона Ома.

Если отделить значение, которое нужно найти, то мы получим формулу для нахождения его в остатке.

Третье. Это скорее рабочий лист, в котором собраны все основные формулы для четырех электрических величин.

Он так же прост в использовании, как и треугольник. Мы выбираем параметр, который хотим вычислить, он находится в маленьком кружке в центре, и получаем три формулы для его вычисления. Затем мы выбираем тот, который нам нужен.

Важно! Напряжение также можно определить по силе электрического тока. Мощность [P] равна A/t, а поскольку A = U*I*t, окончательная формула выглядит как P = (U*I*t)/t. Здесь t будет уменьшаться, а P = U*I, из чего следует, что U = P/I.

Как найти сопротивление нагрузки

Сопротивление нагрузки обозначается латинскими буквами Rn или Rn. По сути, это то же самое, что и сопротивление участка цепи, и также рассчитывается по формулам закона Ома. Нагрузка обозначается символами, которые на электрической схеме представлены в виде крестиков в круге – лампочка, или двигатель, лампа, конкретный электроприбор и т.д.

Каждый груз имеет свое собственное сопротивление. Например, если к цепи подключена одна лампочка, сопротивление нагрузки является показателем этого единственного устройства в цепи. Если в цепь подключено несколько нагрузок, сопротивление рассчитывается как сумма для каждой нагрузки.

Сопротивление нагрузки рассчитывается по закону Ома, т.е. Rn = U/I. Если к цепи подключено несколько нагрузок, сопротивление рассчитывается следующим образом: сначала рассчитывается сопротивление каждой отдельной “лампочки”. Затем Rn рассчитывается в зависимости от того, последовательно или параллельно подключена цепь. В параллельной цепи 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/Rn, где n – число подключенных устройств. В случае последовательного соединения общий R равен сумме всех R в цепи.

Последовательное/параллельное соединение

I = P/(U*cos φ), а для трехфазной системы: I = P/(1,73*U*cos φ), где U для трехфазной системы принимается равным 380 В, cos φ – коэффициент мощности, отражающий отношение активной и реактивной составляющих сопротивления нагрузки.

Стандартные розетки рассчитаны на нагрузку 16 А. Поскольку напряжение в сети составляет 220 В, максимальная мощность составляет 16 Ампер * 220 В = 3,520 Ватт или 3,5 киловатт. Второй 16-амперный автоматический выключатель обычно расположен на линии розетки.

Формула выглядит следующим образом – электрическое напряжение равно отношению мощности к силе тока (чтобы найти напряжение, разделите мощность на силу тока). Сама мощность получается путем умножения силы тока на напряжение.

Основными электрическими величинами являются напряжение, текущий, сопротивление и мощность. Вероятно, самой важной формулой для электрика является формула закона Ома. Она имеет вид I=U/R (текущий равно напряжение деленное на сопротивление). Эта формула должна использоваться повсеместно.

Чтобы определить давление, разделите силу, действующую перпендикулярно поверхности, на площадь поверхности: давление = сила / площадь. Запишем числа в этом выражении: давление – p, сила, действующая на поверхность F и площадь поверхности S.

Рассчитать мощностьРабота должна быть разделена на время, в течение которого она выполняется.

мощность = работа/время. N = A/t, где N мощностьA – работа, t – время выполнения работы.

Читайте далее:

• 5 причин, почему лампочки часто перегорают в вашей квартире и что делать?.
• Урок 28 Электрическая емкость. Конденсатор – Физика – 10 класс – Российская электронная школа.
• Звезда или треугольник – Советы электрикам – Electro Genius.
• Как найти начало и конец обмотки электродвигателя – ООО «СЗЭМО Электродвигатель».
• Расчет цепи постоянного тока с конденсаторами.
• Трехфазные электрические цепи; Студопедия.
• 1 Понятие электромагнитного поля и его различные проявления. Материальность – Работа в школе.

elecTRIZonica

Сайт ЭлекТРИЗоника предназначен для всех, кто хочет освоить мир классической и современной электроники.

На сайте содержатся статьи, посвященные разным областям и понятиям электроники. В них вы найдете принципы работы различных электронных компонентов и способы их соединения в работоспособные схемы. Здесь вы сможете скачать программы, которые упрощают жизнь радиолюбителя, а также сможете вычислить необходимые параметры некоторых компонентов схемы. Раздел ТРИЗ поможет вам найти идеи для усовершенствования электронных приборов, и даже изобрести свои собственные устройства.

Учащиеся объединений «Практическая электроника», «ТРИЗ в практической электронике», «ТРИЗ в детском техническом творчестве» и «Электроника. Автоматика», применяя свои знания в области электроники и ТРИЗ, создают новые устройства, полезные в быту и промышленности, и представляют их на конкурсах и выставках городского, всероссийского и международного уровней, занимая призовые места.

Ниже приводятся некоторые мероприятия, в которых участвовали наши объединения:

Cо 2 по 15 ноября 2020 года проходила ежегодная районная научно-техническая Олимпиада по ТРИЗ . В олимпиаде приняли участие почти 150 учащихся образовательных учреждений Красносельского района. Посмотреть результаты конкурса можно ЗДЕСЬ..

С 9 по 11 апреля 2013 года наше объединение приняло участие во Всероссийской научно-практической конференции «Будущее сильной России — в высоких технологиях». На эту конференцию приехали учащиеся из более 30 регионов России. Учащийся нашего объединения Соловьев Павел занял на этой конференции 1-е место.

15 и 16 октября 2011 года в школе №51 проходила всероссийская конференция «Три поколения ТРИЗ», посвященная памяти Г. С. Альтшуллера. Наше объединение представило презентацию программы «HillSoft TRIZ Calculator», предназначенную для автоматизации решения изобретательских задач с помощью АРИЗ. Программа может быть полезна, как для учащихся, так и для ведущих специалистов в области ТРИЗ.

С 10 по 15 мая 2011 года

в Санкт-Петербурге проходил второй международный конкурс «Таланты XXI века». Более 200 участников представили свои разработки и проекты в различных областях техники. Учащаяся нашего объединения Бикулова Динара заняла в этом конкурсе 2 место в номинации «Энергетика и электротехника»

Еще. ..

Доступна новая версия игры «Миллионер Online». Ее можно найти в меню Программы ► Обучающие игры ► Миллионер Online. или по этой ССЫЛКЕ.

Наступивший XXI век можно по праву назвать веком глобальных изобретений в областях электроники и информационных технологий, так как невозможно найти отрасль, в которой они бы не применялись. В связи с этим особую важность приобретает задача подготовки подрастающего поколения к освоению инженерно-технических компетенций, развития у современных детей инженерного мышления, конструкторских и изобретательских способностей. Данную задачу успешно решают образовательные программы, в состав которых входит Теория решения изобретательских задач. Эти программы состоят из нескольких больших блоков: Электроника, ТРИЗ, робототехника, 3D и информационные компьютерные технологии.

Курс ТРИЗ (Теория решения изобретательских задач) позволяет проводить детальный анализ имеющихся схем и систем в области классической электроники и современных цифровых технологий, находить в них недостатки и противоречия, устранять их и создавать новые, усовершенствованные устройства. Занятия по программам состоят из 7-ми взаимосвязанных частей, в которые входит применение РТВ, изучение основ ТРИЗ и электроники, а также применение ТРИЗ на практике для усовершенствования и разработки электронных устройств. Благодаря интеграции электроники, ТРИЗ, робототехники, 3D-технологий и информатики, наши учащиеся могут более уверенно себя чувствовать в мире электроники. Изучая основы ТРИЗ и применяя ее при изготовлении электронных устройств, наши воспитанники сначала повторяют изобретения прошлого и настоящего. Таким образом путь, который прошли различные изобретатели в течение десятилетий, наши учащиеся повторяют за несколько занятий. Благодаря системному мышлению и знанию законов развития технических систем, ученики могут увидеть, как системы будут развиваться и создавать устройства ближайшего будущего.

Пройдя обучение в наших объединениях, вы сможете приобрести знания, умения и навыки в области классической и современной электроники, информатики и вычислительной техники, робототехники. Кроме того, курс Теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) поможет вам научиться изобретать новые устройства.

В процессе обучения вы сможете получить следующие профессии: «Монтажник радиоэлектронных устройств», «Настройщик радиоэлектронных устройств», «Конструктор радиоэлектронных устройств», «Программист интеллектуальных устройств» и «Начинающий изобретатель». При получении каждой профессии выдаётся свидетельство, которое упрощает поступление в техничесткие учебные заведения.

В начале обучения по нашим образовательным программам воспитанники объединения сначала узнают, как собирать устройства по готовым схемам, но в конце обучения они уже могут анализировать схемы устройств и вносить в них изменения, придумывать свои собственные схемы и писать программы для микроконтроллеров, компьютеров и мобильных устройств.

Ежегодно на выставках детского технического творчества учащиеся представляют изобретённые собственными руками устройства. Обычно такие устройства занимают призовые места в технических конкурсах различных уровней: от районного до международного.

Закон Ома и электроэнергетическая электроника Hub

Для анализа цепей постоянного тока, как правило, мы используем различные методы, такие как закон Ома, сетевые теоремы и другие инструменты упрощения схемы. Анализ цепи постоянного тока выполняется в основном для определения неизвестных величин, таких как напряжение, ток, сопротивление и мощность, которые связаны с одним или несколькими элементами электронной схемы. В качестве основного закона упрощения схем закон Ома определяет линейную зависимость между напряжением, током и сопротивлением. Расскажите подробнее об этом законе Ома.

Схема

Закон Ома

Это основной, главный и важный закон, который исследует взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением в электрической цепи. В нем говорится, что при постоянной температуре ток, протекающий по цепи, прямо пропорционален напряжению или разности потенциалов в этой цепи.

В алгебраической форме V∝ I

V = IR

Где

I — ток, протекающий по цепи, измеряется в амперах

В — напряжение, приложенное к цепи, измеряется в вольтах.

И R — константа пропорциональности, называемая сопротивлением, измеряется в омах.

Это сопротивление также указывается в килоомах, мегаомах и т. д.

Следовательно, закон Ома гласит, что ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению в этой цепи. Закон Ома можно применить как к отдельным частям, так и ко всей цепи.

Математически, Ток, I = V/R

Напряжение, В = IR

Сопротивление, R = V/I

Вернуться к началу

Треугольник закона Ома

Ниже показано соотношение между различными величинами в законе Ома , называется треугольником закона Ом. Это простой метод описания, а также простой для запоминания соотношения между напряжением, током и сопротивлением.

На приведенном выше рисунке показан треугольник закона Ома, где отдельные параметры, такие как напряжение, ток и сопротивление, и их формулы представлены из основного уравнения закона Ома. На приведенном выше рисунке один параметр вычисляется из оставшихся двух параметров. Таким образом, можно сделать вывод, что при высоком сопротивлении ток будет низким, а ток будет высоким, когда сопротивление низкое при любом приложенном напряжении.

Вернуться к началу

Электроэнергия

Электроэнергия показывает скорость, с которой энергия передается по цепи. Электрическая мощность измеряется в ваттах. Эта мощность потребляется, когда напряжение вызывает протекание тока в цепи.

Таким образом, электрическая мощность является произведением напряжения и силы тока.

Математически, P = VI

По закону Ома, V = IR и I = V/R

Подстановка в уравнение мощности

P = I ² R

 P = V ² / R

Следовательно, электрическая мощность, P = VI или I ² R или V ² / R

Это три основные формулы для определения электрической мощности в цепи. Таким образом, мощность может быть рассчитана, когда известна любая из двух величин.

Вернуться к началу

Треугольник мощности

Подобно треугольнику закона сопротивления, на рисунке ниже показан треугольник мощности, показывающий соотношение между мощностью, напряжением и током. Уравнения отдельных параметров легко запоминаются по этому рисунку. Округлите и скройте параметр, который необходимо измерить, а положение оставшихся двух параметров дает уравнение для поиска скрытого или округленного параметра, как показано на рисунке ниже.

 

Вернуться к началу

Круговая диаграмма закона Ома

В дополнение к двум вышеупомянутым концепциям существует еще один метод определения параметров цепи с использованием закона Ома, который представляет собой круговую диаграмму закона Ома. Используя круговую диаграмму закона Ома, можно легко запомнить все уравнения для нахождения напряжения, тока, сопротивления и мощности, которые необходимы для упрощения электрических цепей, которые могут быть простыми или сложными.

На приведенном выше рисунке показана круговая диаграмма, показывающая взаимосвязь между мощностью, напряжением, током и сопротивлением. Эта диаграмма разделена на четыре блока для мощности, напряжения, сопротивления и тока. Каждый модуль состоит из трех формул с двумя известными значениями для каждой формулы. Из диаграммы для нахождения каждого параметра в цепи мы можем использовать любую из трех доступных формул.

Вернуться к началу

Графическое представление закона Ома

Для лучшего понимания этой концепции ниже приведена экспериментальная установка, в которой регулируемый источник напряжения с шестью ячейками (по 2 В каждая) подключен к нагрузочному резистору через переключатель напряжения. выключатель. Измерительные приборы, такие как вольтметр и амперметр, также подключены к цепи для измерения напряжения и тока в цепи.

Регулируемый источник напряжения с нагрузочным резистором

Сначала подключите резистор 10 Ом и установите переключатель в положение «1». Тогда амперметр показывает 0,2 А, а вольтметр показывает 2 В, потому что I = V/R, т. е. I = 2/10 = 0,2 А. Затем измените положение селекторного переключателя на вторую ячейку, чтобы подать 4 В на нагрузку и запишите показания амперметра. По мере того, как селектор будет постепенно изменяться от первого положения к последнему, мы получим текущие значения, такие как 0,2, 0,4, 0,6, 0,8, 1, 1,2 для значений напряжения 2, 4, 6, 8, 10 и 12 соответственно.

Аналогичным образом поместите резистор 20 Ом вместо резистора 10 Ом и выполните ту же процедуру, что и выше. Мы получим значения тока 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6 для значений напряжения 2, 4, 6, 8, 10 и 12В соответственно. Постройте график этих значений, как показано ниже.

Графическое представление закона Ома

На приведенном выше графике при заданном напряжении ток меньше, чем больше сопротивление. Рассмотрим случай приложенного напряжения 12 В, когда значение тока составляет 1,2 А при сопротивлении 10 Ом и 0,6 Ом при сопротивлении 20 Ом. Точно так же при одном и том же токе напряжение тем больше, чем больше сопротивление. Из приведенных выше результатов следует, что отношение напряжения к току постоянно, когда сопротивление постоянно. Следовательно, зависимость между напряжением и током является линейной, и наклон этой линейной кривой становится тем круче, чем больше сопротивление.

Вернуться к началу

Пример закона Ома

Рассмотрим приведенную ниже схему, в которой батарея на 6 В подключена к нагрузке 6 Ом. Амперметр и вольтметры подключены к цепи для измерения тока и напряжения практически. Но используя закон Ома, мы можем найти ток и мощность следующим образом.

Из закона Ома

В = IR

I = V/R

I = 6/6

I = 1 ампер0002 P = 6 Вт

Но практически амперметр не показывает точное значение из-за внутреннего сопротивления батареи. Включив внутреннее сопротивление батареи (предположим, что батарея имеет внутреннее сопротивление 1 Ом), текущее значение рассчитывается следующим образом.

Общее сопротивление цепи 6 +1 = 7 Ом.

Ток, I = V/R

I = 6/7

I = 0,85 А

Вернуться к началу

Цепь фар автомобиля

На приведенном ниже рисунке показана цепь фар автомобиля, за исключением цепи управления. Применяя закон Ома, мы можем узнать ток, протекающий через каждый источник света. Как правило, каждый фонарь подключается параллельно к аккумулятору, что позволяет другим фонарям светиться, даже если кто-то поврежден. К этим параллельным лампам подводится батарея 12 В, где лампы имеют сопротивление 2,4 каждая (считается в данном случае).

Общее сопротивление цепи равно R = R1x R2/(R1 + R2), так как они соединены параллельно.

R = 5,76/ 4,8 = 1,2

Тогда ток, протекающий по цепи, равен I = V/R

I = 12/ 1,2

I = 10 А.

Ток, протекающий через отдельную лампу, составляет I1 = I2 = 5 А (из-за одинаковых сопротивлений)

Вернуться к началу

Закон Ома для цепей переменного тока

В целом, закон Ома также может применяться к цепям переменного тока. Если нагрузка индуктивная или емкостная, то также учитывается реактивное сопротивление нагрузки. Следовательно, с некоторыми изменениями закона Ома, учитывающими влияние реактивного сопротивления, его можно применять к цепям переменного тока. Из-за индуктивности и емкости в переменном токе будет значительный фазовый угол между напряжением и током. А также сопротивление переменному току называется импедансом и обозначается как Z.

Таким образом, закон Ома для цепей переменного тока задается как

E = IZ

I = E/Z

Z = E/I

Z — импеданс.

Все параметры в приведенном выше уравнении представлены в комплексной форме, которая включает фазовый угол. Подобно круговой диаграмме цепи постоянного тока, круговая диаграмма закона Ома для цепи переменного тока приведена ниже.

 

Вернуться к началу

Пример закона Ома (цепи переменного тока)

Рассмотрим приведенную ниже схему, в которой нагрузка переменного тока (сочетание резистивной и индуктивной) подключена к источнику переменного тока 10 В, 60 Гц. Нагрузка имеет сопротивление 5 Ом и индуктивность 10 мГн.

Тогда значение импеданса нагрузки Z = R + jX _L

Z = 5 + j (2∏×f × L)

Z = 5+ j (2×3,14× 60×10 × 10-3)

Z = 5 + j3,76 Ом или 6,26 Ом при фазовом угле -37,016

Ток, протекающий по цепи, равен

I = V/Z

= 10/ (5+ j3,76)

= 1,597 А при фазовом угле -37,016

Вернуться к началу

Введение в закон Ома и мощность — профессиональные аудиофайлы

Содержание статьи

В предыдущей статье мы рассмотрели понятия напряжения и тока.

Однако мы не говорили о том, как они работают вместе. При этом нам нужно понять еще одно ключевое понятие — сопротивление. Отсюда мы можем определить закон Ома, который связывает все три параметра вместе.

Напряжение управляет током

Без напряжения в цепи не будет протекать ток. Более формально, без разницы напряжений между двумя точками ток не течет.

Мы понимаем, например, что новая батарея с определенным напряжением между двумя ее клеммами имеет энергию, которую мы можем использовать для выполнения работы. Потребовалась энергия, чтобы на одном выводе батареи образовался избыток электронов, а на другом — дефицит. Когда мы помещаем батарею в цепь, электроны текут (то есть создается ток), неся с собой определенное количество энергии (например, 12 Дж на каждый кулон для 12-вольтовой батареи). Когда заряды на одном выводе равны зарядам другого, у электронов нет «мотивации» куда-либо двигаться, и поэтому ток прекращается.

Кстати, это действительно относится к старым типам батарей или тем, которые вы можете сделать в домашнем научном эксперименте. Чуть позже мы увидим, почему батарея может быть разряжена, но при этом измерять почти полное напряжение.

Ключевым выводом является то, что электроны не текут без причины.

Как вы, возможно, уже поняли, напряжение может существовать без тока. Батарея 12 В остается батареей 12 В, даже если она ни к чему не подключена. На самом деле, другим термином для напряжения является разность электрических потенциалов. Это не так содержательно, но слово «потенциал» говорит вам, что энергия есть, используете вы ее или нет.

Сопротивление замедляет ток

Если у вас есть определенное напряжение, скажем, от батареи, как вы узнаете, сколько тока будет течь? Если бы мы соединили две клеммы батареи вместе куском провода, мы бы вскоре поняли, что провод нагревается… быстро. Плата с одного терминала могла беспрепятственно перемещаться на другой терминал. Ток подскочит, и мы быстро либо разрядим нашу батарею, либо нанесем ущерб. Нам нужен способ контролировать, сколько тока мы хотим ввести в нашу цепь.

Резистор — это наш способ управления током. Это замедляет скорость потока заряда, проходящего через него.

Единицей сопротивления является ом, который мы подробно определим чуть позже. Электроны не могут течь с одной скоростью до резистора, с другой скоростью через резистор и с другой скоростью после резистора. Это означает, что если вы поместите резистор в цепь, ток во всей цепи будет одинаковым (это предполагает простую цепь без каких-либо параллельных ответвлений).

Резисторы могут быть изготовлены из нескольких материалов, самый старый из которых — углерод. Атомная организация атомов, таких как углерод, такова, что их электроны не могут свободно перемещаться. Когда заряды от тока поступают на резистор, они отскакивают от атомов и теряют энергию. Это подпрыгивание эффективно замедляет скорость прохождения электронов через резистор, и поэтому мы видим пониженный ток. Подпрыгивание также передает кинетическую энергию в атомном масштабе резистору, которую мы воспринимаем как тепло.

Проводники, такие как медь, имеют совершенно иную атомную организацию, чем такие материалы, как углерод. Электроны в проводниках относительно свободно перемещаются, поэтому, когда новые электроны устремляются от тока в цепи, их легко вытеснить из проводника.

Материалы, которые не проводят электричество для какого-либо практического использования, называются изоляторами. Мы используем изоляторы, такие как резина и пластик, для размещения проводников, чтобы защитить нас от повреждений, а также убедиться, что другие элементы не касаются проводников и не изменяют характер цепи.

РЕКЛАМА

Сопротивление снижает напряжение

Когда электроны отскакивают от резистора, выделяется тепло. Эта энергия исходит от напряжения, или джоулей/кулонов, переносимых нашим током. Таким образом, в то время как резисторы уменьшают ток, они также снижают напряжение, наблюдаемое остальной частью схемы в любой точке после резистора. Термин падение напряжения часто используется для описания этого эффекта.

Если у вас есть источник питания с определенным напряжением, но элементы в вашей цепи требуют меньшего напряжения, вы можете поставить резисторы перед ними, чтобы снизить напряжение до рабочего уровня. Большинство электронных устройств спроектированы так, чтобы рассеивать как можно меньше энергии.

Электрические обогреватели, фены и подобные устройства, с другой стороны, предназначены исключительно для рассеивания электрической энергии в виде тепла. Требуется много энергии, по сравнению, например, с мобильным телефоном, чтобы нагреть элемент до точки сушки волос вентилятором. Вот почему вы могли заметить, что при включении кондиционера, электрического обогревателя или фена свет на мгновение тускнеет. Они поглощают достаточно энергии, чтобы перекачивать ее из других частей вашего дома.

Собираем все вместе – Закон Ома

Теперь у нас есть три понятия: напряжение, ток и сопротивление, и мы увидели, что все они работают вместе определенным образом. Простая математическая связь между этими тремя понятиями известна как закон Ома, сформулированный ниже тремя различными, но эквивалентными способами (I = ток, V = напряжение, R = сопротивление):

Мы можем описать словами последствия каждой формы уравнения. Первый говорит нам, что увеличение сопротивления в цепи для определенного напряжения снизит ток. Точно так же увеличение напряжения для определенного сопротивления приведет к увеличению тока.

Вторая форма уравнения очень полезна, когда в цепи есть несколько резисторов. Помните, что в простой цепи ток должен быть везде одинаковым. Таким образом, если у нас есть три разных резистора в цепи, каждый из них будет рассеивать разное количество энергии, даже если ток через них одинаков. Другими словами, падение напряжения на каждом резисторе будет разным. Когда мы знаем значение каждого резистора и измерили или рассчитали ток, вторая форма уравнения может сказать нам падение напряжения на каждом.

Последняя форма уравнения используется не так часто. Резисторы сделаны с маркировкой на них, чтобы сказать вам, каково их сопротивление. Мультиметр также покажет вам точное сопротивление резистора. Резисторы поставляются с определенным допуском, обычно около 5% или 10%. Третью форму уравнения можно рассматривать как тип определения резистора. Резистор — это элемент схемы, который позволяет протекать одному амперу при подаче одного вольта.

К сожалению, Закон Ома слишком часто используется в качестве определения того, что такое электричество, что приводит к путанице, круговым определениям, совместному проживанию кошек и собак и массовой истерии. С материалом, который мы рассмотрели до сих пор, вы должны иметь гораздо лучшее концептуальное понимание того, что на самом деле говорят вам три формы закона Ома.

Мощность

Термин и понятие мощности слишком часто используются взаимозаменяемо с понятием энергии. До сих пор мы понимали и использовали слово энергия в нашем обсуждении. Энергия работает. Без энергии ничего не происходит. Мощность — это скорость использования энергии. Единицей мощности является ватт, который определяется при потреблении или использовании 1 Джоуля каждую секунду. Определив это количество, мы можем увидеть, как оно связано с электричеством:

Приятно, когда все так получается. Мы можем понять, почему многие компоненты, такие как динамики, оцениваются с точки зрения их мощности. Динамик мощностью 200 Вт будет способен обрабатывать 200 Дж в секунду, а динамик мощностью 100 Вт будет обрабатывать 100 Дж в секунду. Мы также можем видеть, что 100-ваттный динамик будет обрабатывать 200 Дж за 2 секунды. Мы знаем, что динамик мощностью 200 Вт будет громче (или, по крайней мере, будет громче без искажений), потому что скорость энергии, которую динамик может рассеять в виде звуковой энергии в секунду, выше.

РЕКЛАМА

Применение и последствия

Зная закон и силу Ома, давайте посмотрим, как эти понятия соотносятся с типичными звуковыми ситуациями. Гитарные и акустические кабели (1/4” TS)      могут быть разной толщины и калибра. В системе American Wire Gauge (AWG) кабелям разной толщины присваивается номер. Схема нумерации кажется нелогичной, поскольку кабели с более высокими значениями AWG на самом деле являются более тонкими кабелями. Число связано не с толщиной кабеля, а с количеством калибровочных плашек, через которые необходимо протянуть провод, чтобы достичь желаемой толщины. Кабели меньшего размера необходимо протягивать через большее количество калибровочных матриц, поэтому они имеют более высокое значение AWG.

Несмотря на то, что медь, металл, обычно используемый в кабелях, является проводником, она имеет определенное сопротивление. Когда медный провод меньше в диаметре, он имеет большее сопротивление на единицу длины. Электроны текут более свободно, когда есть больше места. Вы бы предпочли ехать в пробке по пяти полосам или по одной? Увеличение длины кабеля также увеличивает его сопротивление. Там больше материала, через который могут пройти электроны, и даже при низком сопротивлении эти электроны будут терять энергию по мере своего движения, поэтому, помогая им преодолевать кратчайшее расстояние, вы обеспечите, чтобы ваше устройство (например, гитарный усилитель) доставляло столько энергии, сколько ты можешь.

Сопротивление входа гитарного усилителя настолько велико, что сопротивлением кабеля часто можно пренебречь. Если входное сопротивление вашего усилителя составляет 10 000 Ом (10 кОм), добавление еще нескольких Ом от кабеля мало что даст. Иначе обстоит дело при подключении усилителя мощности к динамику, где сопротивление динамика обычно составляет от 8 до 16 Ом. Добавление даже одного ома сопротивления кабеля к 8-омному динамику может снизить выходной сигнал на 9 дБ. Из-за того, что иногда для подключения усилителей мощности к мониторам требуются большие расстояния, это может стать проблемой, если вы используете неправильный тип кабеля.

В приведенном выше случае сопротивления было чем-то, чего следует избегать, так как оно тратит впустую энергию, необходимую для доставки. Однако сопротивление — это не всегда плохо. Без него нечем было бы ограничивать ток. Типичный усилитель мощности может обеспечить пиковую мощность 1000 Вт на канал, когда подключенный к нему динамик имеет сопротивление 4 Ом. Давайте рассмотрим наше определение мощности и закон Ома, чтобы увидеть, что это на самом деле означает.

Предполагая, что это максимальное напряжение, которое может выдать усилитель мощности, давайте посмотрим, что произойдет, когда мы уменьшим сопротивление до 2 Ом.

Снижая сопротивление динамика, вы требуете от усилителя мощности отдавать гораздо больше энергии в секунду, чем он способен выдать. В большинстве усилителей мощности есть предохранитель для предотвращения аварии, но я видел, как один или два усилителя мощности дымили и искрили.

Использование приведенных выше уравнений предполагает простую, полностью пассивную систему. На самом деле сложность систем изменила бы фактические значения по сравнению с тем, что мы рассчитали выше. Закон Ома работает для пассивных элементов цепи, таких как резистор. Пассивный означает, что значение сопротивления резистора не изменяется при различных уровнях напряжения или тока, а также не добавляет энергии в систему. Хотя усилитель мощности, безусловно, имеет множество резисторов, работу усилителя нельзя полностью проанализировать с помощью приведенных выше уравнений. Мы делаем несколько предположений и упрощений, чтобы получить общее представление. Например, тот же усилитель мощности мощностью 1000 Вт при 4 Ом имеет мощность 600 Вт при 8 Ом (вместо 500 Вт при 8 Ом). Однако общие концепции по-прежнему остаются верными и должны помочь вам лучше понять параметры, перечисленные в снаряжении.

Вы можете сказать, что никогда не видели динамик с сопротивлением 2 Ом и что вы в безопасности, потому что все ваши мониторы рассчитаны на 8 Ом. Представьте себе этот знакомый сценарий. Вы играете в маленьком клубе со своей группой и собственной системой. У вас есть усилитель мощности для основных динамиков и отдельный для ваших мониторов. Барабанщик хочет спеть на этом концерте, так что вы приносите ему дополнительный монитор (даже несмотря на то, что вы сказали своему звукорежиссёру, чтобы он не мешал ему в миксе). Все четыре ваших 8-омных монитора имеют входные и выходные разъемы 1/4 дюйма, так что вы можете последовательно подключить их все вместе. Акустика отстой, а усилитель мощности для ваших вокальных мониторов не имеет шансов против вашего соло-гитариста, который имеет , чтобы включить до 11, чтобы получить этот тон. В бридж вашей первой песни вступает барабанщик со своей вокальной партией, и тут же весь ваш вокал пропадает. Что случилось?

Ну, поскольку у вашего усилителя недостаточная мощность, вашему звукооператору пришлось выкрутить его на максимум. Он увеличил коэффициент усиления, так что усилитель мощности выдавал полные 63,25 вольта. Затем вы, предполагая, что сопротивления всех ваших мониторов будут складываться, фактически соединили их параллельно. Вместо того, чтобы увеличить общее эффективное сопротивление мониторов до 32 Ом, вы фактически уменьшили сопротивление до 2. Сочетание максимального напряжения и низкого сопротивления дало:

Термин «параллельный» я использовал при описании метода подключения, в результате которого было снижено общее сопротивление мониторов.

В следующей статье мы более подробно рассмотрим последовательные и параллельные конфигурации, а также согласование импедансов.

Барак Шпиц

Барак Шпиц получил несколько дипломов в области композиции, звукорежиссуры и электротехники. Его музыку можно найти в программах MTV, The History Channel и других.