Что такое закон Ома и как он описывает связь между током, напряжением и сопротивлением. Как применяется закон Ома на практике. Каковы ограничения закона Ома. Как измеряются электрические величины.
Что такое закон Ома и его физический смысл
Закон Ома является одним из фундаментальных законов электродинамики. Он устанавливает связь между тремя важнейшими характеристиками электрической цепи — силой тока, напряжением и сопротивлением.
Формулировка закона Ома звучит следующим образом: сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.
Математически закон Ома выражается формулой:
I = U / R
где:
- I — сила тока (измеряется в амперах, А)
- U — напряжение (измеряется в вольтах, В)
- R — сопротивление (измеряется в омах, Ом)
Физический смысл закона Ома заключается в том, что он описывает, как электрический ток «преодолевает» сопротивление проводника под действием приложенного напряжения. Чем больше напряжение — тем сильнее ток, а чем больше сопротивление — тем ток слабее.
История открытия закона Ома
Закон Ома был открыт немецким физиком Георгом Омом в 1826 году. Проводя эксперименты с электрическими цепями, Ом обнаружил, что отношение напряжения к силе тока остается постоянным для данного проводника при неизменных физических условиях.
Это открытие стало революционным для развития электротехники. Ом опубликовал свои выводы в работе «Определение закона, по которому металлы проводят контактное электричество» в 1827 году.
Интересно, что вначале научное сообщество скептически отнеслось к открытию Ома. Потребовалось несколько лет, прежде чем значимость закона Ома была по достоинству оценена. Сегодня этот закон является основой для расчетов электрических цепей.
Применение закона Ома на практике
Закон Ома находит широкое применение в электротехнике и электронике. Вот некоторые примеры его практического использования:
- Расчет параметров электрических цепей
- Проектирование электронных устройств
- Выбор номиналов резисторов в схемах
- Анализ работы электрических приборов
- Диагностика неисправностей в электрооборудовании
С помощью закона Ома можно легко рассчитать любую из трех величин, зная две другие. Например, зная напряжение источника питания и требуемый ток, можно подобрать нужное сопротивление нагрузки.
Ограничения применимости закона Ома
Хотя закон Ома очень широко применяется, у него есть ряд ограничений:
- Закон справедлив только для проводников, у которых сопротивление не зависит от силы тока и напряжения (так называемые омические проводники).
- Не работает для полупроводников и электролитов, где зависимость тока от напряжения нелинейная.
- Неприменим для сверхпроводников, у которых сопротивление равно нулю.
- Нарушается при очень сильных токах и напряжениях из-за нагрева проводника.
- Не описывает поведение цепей переменного тока на высоких частотах.
Поэтому при работе со сложными электронными схемами нужно учитывать эти ограничения и при необходимости использовать более общие законы электродинамики.
Измерение электрических величин
Для практического применения закона Ома важно уметь правильно измерять электрические величины. Рассмотрим основные приборы для этого:
Амперметр
Амперметр используется для измерения силы тока. Он включается в цепь последовательно. Идеальный амперметр должен иметь нулевое внутреннее сопротивление, чтобы не влиять на измеряемую цепь.
Вольтметр
Вольтметр измеряет напряжение между двумя точками цепи. Он подключается параллельно участку, на котором измеряется напряжение. Идеальный вольтметр должен иметь бесконечно большое внутреннее сопротивление.
Омметр
Омметр предназначен для измерения электрического сопротивления. При измерении омметр подает на исследуемый участок небольшое напряжение и измеряет протекающий ток, на основе чего рассчитывается сопротивление.
Современные цифровые мультиметры часто совмещают функции всех этих приборов, позволяя измерять ток, напряжение и сопротивление одним устройством.
Закон Ома в цепях постоянного и переменного тока
Закон Ома в классической формулировке применим для цепей постоянного тока. Однако его можно использовать и для анализа цепей переменного тока с некоторыми модификациями:
- Для цепей переменного тока используются действующие (эффективные) значения тока и напряжения.
- Вместо сопротивления R используется полное сопротивление Z, учитывающее также реактивные составляющие — индуктивное и емкостное сопротивления.
- Формула закона Ома для переменного тока: I = U / Z
При этом полное сопротивление Z зависит от частоты переменного тока, что нужно учитывать при расчетах.
Аналогия закона Ома с механическими системами
Для лучшего понимания закона Ома часто проводят аналогию с механическими системами, например, с течением воды по трубам:
- Напряжение аналогично разности давлений на концах трубы
- Ток аналогичен расходу воды
- Сопротивление аналогично гидравлическому сопротивлению трубы
Как больший перепад давления вызывает больший расход воды, так и большее напряжение вызывает больший ток. А увеличение сопротивления трубы (например, уменьшение ее диаметра) приводит к уменьшению расхода воды при том же давлении, аналогично тому, как увеличение электрического сопротивления уменьшает ток при том же напряжении.
Эта аналогия помогает интуитивно понять суть закона Ома, хотя и имеет свои ограничения.
Зависимость силы тока от напряжения – график, формула закона
3.9
Средняя оценка: 3.9
Всего получено оценок: 116.
3.9
Средняя оценка: 3.9
Всего получено оценок: 116.
Электрический ток — это упорядоченное движение электрических зарядов или заряженных макроскопических тел. Направление электрического тока I совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц: заряды движутся под воздействием электрического поля, которое создается в проводнике в результате приложенного к концам проводника напряжения U. Как величина силы тока зависит от величины напряжения? Попробуем разобраться.
Величина силы тока
По определению силой тока называется физическая величина равная величине заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника за время t:
$$ I = { q\over t } $$
Если сила тока не зависит от времени, то такой электрический ток называется постоянным. Рассмотрим далее именно такой случай, когда ток постоянен.
Закон Ома
В результате проведенных исследований Георг Ом обнаружил, что отношение напряжения U между концами металлического проводника, являющегося участком электрической цепи, к силе тока I в цепи есть величина постоянная:
$$ R= { U \over I } $$
где R — электрическое сопротивление. Данная формула называется законом Ома, который до сих пор является основным расчетным инструментом при проектировании электрических и электронных схем.
Если по оси абсцисс отложить значения напряжения, а по оси ординат — значения тока в цепи при данных значениях напряжения, то получится график зависимости силы тока I от напряжения U.
Рис. 2. График зависимости силы тока от напряжения.Из этого графика видно, что эта зависимость линейная. Угол наклона прямой зависит от величины сопротивления. Чем больше R, тем меньше угол наклона.
Рис. 3. График зависимости силы тока от сопротивления.Если зафиксировать напряжение U и по оси абсцисс откладывать значения R электрического сопротивления, то из полученного графика видно, что эта зависимость уже нелинейная — с ростом сопротивления поведение тока описывает обратно пропорциональной функцией — гиперболой.
Закон Ома перестает работать при больших величинах тока, так как начинают работать дополнительные эффекты, связанные с тепловым разогревом вещества, ростом температуры. В газах при больших токах возникает пробой, ток растет лавинообразно, отклоняясь от линейного закона.
От чего зависит величина сопротивления
Эксперименты показывают, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине L и обратно пропорционально площади поперечного сечения S:
$$ R = ρ *{ L \over S } $$
где ρ — удельное электрическое сопротивление вещества.
Единицы измерения
В международной системе единиц СИ единица измерения электрического сопротивления называется “ом” в честь физика Георга Ома. По определению электрическим сопротивлением 1 Ом обладает участок цепи, на котором падает напряжение 1 В при силе тока 1 А.
$$ [1 Ом] ={ [1 В]\over [1 А] } $$
Единица измерения удельного сопротивления получается производной от единиц величин, входящих в фориулу: сопротивления, длины и площади. То есть в системе СИ получатся, что если R = 1 Ом, S = 1 м 2, а L = 1 м, то ρ = 1 .
Это и есть единица измерения удельного сопротивления. Но на практике оказалось, что у реальных проводов площади сечений гораздо меньше 1 м2.
2] \over [м]} $$
Величину тока измеряют амперметром, а величину напряжения — вольтметром. При проведении очень точных измерений, необходимо учитывать внутреннее сопротивление этих приборов.
Что мы узнали?
Итак, мы узнали, что зависимость силы тока в электрической цепи описывается с помощью закона Ома. Сила тока I прямо пропорциональна величине U напряжения, и обратно пропорциональна сопротивлению R.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда — пройдите тест.
Im Posable
10/10
Оценка доклада
3.9
Средняя оценка: 3.9
Всего получено оценок: 116.
А какая ваша оценка?
PhysBook:Электронный учебник физики — PhysBook
Содержание
- 1 Учебники
-
2 Механика
-
2.
1 Кинематика
- 2.2 Динамика
- 2.3 Законы сохранения
- 2.4 Статика
- 2.5 Механические колебания и волны
-
2.
-
3 Термодинамика и МКТ
- 3.1 МКТ
- 3.2 Термодинамика
-
4 Электродинамика
-
4. 1 Электростатика
- 4.2 Электрический ток
- 4.3 Магнетизм
- 4.4 Электромагнитные колебания и волны
-
4.
-
5 Оптика. СТО
- 5.1 Геометрическая оптика
- 5.2 Волновая оптика
- 5.3 Фотометрия
- 5.4 Квантовая оптика
-
5. 5 Излучение и спектры
- 5.6 СТО
-
6 Атомная и ядерная
- 6.1 Атомная физика. Квантовая теория
- 6.2 Ядерная физика
- 7 Общие темы
- 8 Новые страницы
1 Кинематика
1 Электростатика
5 Излучение и спектры
Здесь размещена информация по школьной физике:
- материалы из учебников, лекций, рефератов, журналов;
- разработки уроков, тем;
- flash-анимации, фотографии, рисунки различных физических процессов;
- ссылки на другие сайты
и многое другое.
Каждый зарегистрированный пользователь сайта имеет возможность выкладывать свои материалы (см. справку), обсуждать уже созданные.
Учебники
Формулы по физике – 7 класс – 8 класс – 9 класс – 10 класс – 11 класс –
Механика
Кинематика
Основные понятия кинематики – Прямолинейное движение – Криволинейное движение – Движение в пространстве
Динамика
Законы Ньютона – Силы в механике – Движение под действием нескольких сил
Законы сохранения
Закон сохранения импульса – Закон сохранения энергии
Статика
Статика твердых тел – Динамика твердых тел – Гидростатика – Гидродинамика
Механические колебания и волны
Механические колебания – Механические волны
Термодинамика и МКТ
МКТ
Основы МКТ – Газовые законы – МКТ идеального газа
Термодинамика
Первый закон термодинамики – Второй закон термодинамики – Жидкость-газ – Поверхностное натяжение – Твердые тела – Тепловое расширение
Электродинамика
Электростатика
Электрическое поле и его параметры – Электроемкость
Электрический ток
Постоянный электрический ток – Электрический ток в металлах – Электрический ток в жидкостях – Электрический ток в газах – Электрический ток в вакууме – Электрический ток в полупроводниках
Магнетизм
Магнитное поле – Электромагнитная индукция
Электромагнитные колебания и волны
Электромагнитные колебания – Производство и передача электроэнергии – Электромагнитные волны
Оптика.
СТОГеометрическая оптика
Прямолинейное распространение света. Отражение света – Преломление света – Линзы
Волновая оптика
Свет как электромагнитная волна – Интерференция света – Дифракция света
Фотометрия
Фотометрия
Квантовая оптика
Квантовая оптика
Излучение и спектры
Излучение и спектры
СТО
СТО
Атомная и ядерная
Атомная физика. Квантовая теория
Строение атома – Квантовая теория – Излучение атома
Ядерная физика
Атомное ядро – Радиоактивность – Ядерные реакции – Элементарные частицы
Общие темы
Измерения – Методы решения – Развитие науки- Статья- Как писать введение в реферате- Подготовка к ЕГЭ — Репетитор по физике
Новые страницы
Запрос не дал результатов.
Закон Ома
Закон Ома Для многих проводников электричества электрический ток, протекающий по ним, прямо пропорционален приложенному к ним напряжению. Данные могут быть введены в любое из полей ниже. Задание любых двух величин определяет третью. После того, как вы ввели значения для двух, щелкните текст, представляющий третий на активной иллюстрации выше, чтобы вычислить его значение.
| Индекс Цепи постоянного тока | ||
| Назад |
При микроскопическом рассмотрении закона Ома обнаруживается, что он зависит от того факта, что скорость дрейфа зарядов через материал пропорциональна электрическому полю в проводнике. Отношение напряжения к току называется сопротивлением, и если это отношение остается постоянным в широком диапазоне напряжений, материал называется «омическим». Если материал можно охарактеризовать таким сопротивлением, то ток можно спрогнозировать из соотношения:
Независимо от того, какой путь вы выберете через электрическую цепь, если вы вернетесь в исходную точку, вы должны измерить одно и то же напряжение, ограничивая чистое изменение по контуру равным нулю. Поскольку напряжение представляет собой электрическую потенциальную энергию на единицу заряда, закон напряжения можно рассматривать как следствие закона сохранения энергии.
Мы посмотрим на это с настройкой автомобильного аккумулятора и скажем, что у нас есть минусовая земля и +12В горячее.
Помните, что сила тока в основном представляет собой расход (галлоны в минуту), а получаемая мощность представляет собой комбинацию расхода и давления (напряжения). Таким образом, напряжение * сила тока == ватты (движущая сила).
