Что такое закон Ома для полной цепи. Как применять формулу закона Ома на практике. Какие основные величины связывает закон Ома. Как решать задачи с использованием закона Ома для полной цепи.
Что такое закон Ома для полной цепи
Закон Ома для полной цепи — это фундаментальный закон электротехники, который устанавливает связь между основными электрическими величинами в замкнутой электрической цепи. Он был открыт немецким физиком Георгом Омом в 1826 году.
Согласно закону Ома для полной цепи, сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.
Формула закона Ома для полной цепи
Математически закон Ома для полной цепи выражается формулой:
I = E / (R + r)
где:
- I — сила тока в цепи (А)
- E — электродвижущая сила источника (В)
- R — сопротивление внешней цепи (Ом)
- r — внутреннее сопротивление источника тока (Ом)
Основные величины в законе Ома
Закон Ома для полной цепи связывает между собой следующие основные электрические величины:
Сила тока (I)
Сила тока — это скалярная физическая величина, характеризующая интенсивность направленного движения электрических зарядов. Единица измерения — Ампер (А).
Электродвижущая сила (ЭДС)
ЭДС — это физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил по перемещению единичного положительного заряда. Единица измерения — Вольт (В).
Сопротивление
Сопротивление — это свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока. Единица измерения — Ом (Ом).
Применение закона Ома для полной цепи
Закон Ома для полной цепи широко применяется в электротехнике и электронике для расчета параметров электрических цепей. Вот несколько примеров практического применения:
- Расчет силы тока в цепи при известных ЭДС источника и сопротивлениях
- Определение необходимой ЭДС источника для обеспечения заданного тока в цепи
- Расчет сопротивления нагрузки для получения требуемого тока
- Анализ влияния внутреннего сопротивления источника на работу цепи
Примеры решения задач с использованием закона Ома
Рассмотрим несколько типовых задач на применение закона Ома для полной цепи.
Задача 1
ЭДС источника тока равна 12 В, его внутреннее сопротивление 0,5 Ом. Какой ток течет в цепи, если сопротивление внешней цепи равно 5,5 Ом?
Решение:
Используем формулу закона Ома для полной цепи:
I = E / (R + r) = 12 / (5,5 + 0,5) = 12 / 6 = 2 А
Ответ: В цепи течет ток 2 А.
Задача 2
Аккумулятор с ЭДС 6 В и внутренним сопротивлением 0,5 Ом замкнут на внешнее сопротивление 11,5 Ом. Определите напряжение на зажимах аккумулятора.
Решение:
- Найдем силу тока в цепи по закону Ома для полной цепи: I = E / (R + r) = 6 / (11,5 + 0,5) = 6 / 12 = 0,5 А
- Напряжение на зажимах аккумулятора равно напряжению на внешнем сопротивлении: U = I * R = 0,5 * 11,5 = 5,75 В
Ответ: Напряжение на зажимах аккумулятора равно 5,75 В.
Ограничения закона Ома
Несмотря на широкое применение, закон Ома имеет ряд ограничений:
- Не применим для нелинейных элементов (например, полупроводниковых приборов)
- Не учитывает эффекты при высоких частотах
- Не описывает поведение сверхпроводников
- Не применим в условиях сильных электромагнитных полей
Значение закона Ома в современной электротехнике
Закон Ома для полной цепи остается одним из фундаментальных законов электротехники, несмотря на свои ограничения. Он широко используется в следующих областях:
- Проектирование электрических цепей
- Расчет параметров электронных устройств
- Анализ работы источников питания
- Диагностика неисправностей в электрооборудовании
Как правильно применять закон Ома на практике
При использовании закона Ома для расчетов в реальных электрических цепях важно учитывать следующие моменты:
- Всегда проверяйте единицы измерения используемых величин
- Учитывайте внутреннее сопротивление источников тока
- Помните о нелинейности некоторых элементов цепи
- При работе с переменным током используйте соответствующие формы закона Ома
- Для сложных цепей применяйте методы их упрощения (например, преобразование звезды в треугольник)
Заключение
Закон Ома для полной цепи — это мощный инструмент анализа и расчета электрических цепей. Понимание и правильное применение этого закона является основой для успешной работы в области электротехники и электроники. Несмотря на некоторые ограничения, закон Ома остается незаменимым в большинстве практических задач, связанных с электрическими цепями.
формула, определение и решение задач
Главная » Теория и расчёты
Рубрика: Теория и расчёты
Закон Ома для полной цепи – эмпирический (полученный из эксперимента) закон, который устанавливает связь между силой тока, электродвижущей силой (ЭДС) внешним и внутренним сопротивлением в цепи.
При проведении реальных исследований электрических характеристик цепей с постоянным током необходимо учитывать сопротивление самого источника тока. Таким образом в физике осуществляется переход от идеального источника тока к реальному источнику тока, у которого есть свое сопротивление.
Идеальный и реальный источникиСодержание
- Формулировка закона Ома для полной цепи
- Формула для закона Ома
- 3 примера задач с их решением
Формулировка закона Ома для полной цепи
Сформулированный закон Ома для полной цепи будет таким.
Сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника.
Формула для закона Ома
- I – сила тока в цепи, А;
- ε – ЭДС источника напряжения, В;
- R – сопротивление всех внешних элементов цепи, Ом;
- r – внутреннее сопротивление источника напряжения, Ом.
Для полного понимания закона Ома для полной цепи, посмотрите видео:
3 примера задач с их решением
window.yaContextCb.push(()=>{ Ya.Context.AdvManager.render({ renderTo: ‘yandex_rtb_R-A-1322829-2’, blockId: ‘R-A-1322829-2’ })})»+»ipt>»; cachedBlocksArray[111177] = «window.yaContextCb.
window.
yaContextCb.push(()=>{ Ya.Context.AdvManager.render({ renderTo: ‘yandex_rtb_R-A-1322829-8’, blockId: ‘R-A-1322829-8’ })})»+»ipt>«;
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
формулы, понятия, закон Ома для участка цепи и полной цепи
Все отрасли, связанные с электричеством, обязательно знают этот закон, мало того, его знают очень многие люди, даже малознакомые с электроэнергией. Это закон Ома. Другие знают эту формулу, не подозревая, что она исходит из этого правила. Чем он так знаменит, и какие сведения можно получить, изучив его?
- Основные понятия закона Ома
- Формулировка и объяснение
- Как понять закон Ома?
- Для участка цепи
- Для полной цепи
- Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах
- Где и когда можно применять?
Основные понятия закона Ома
Еще в начале XIX века Георг Ом проводил опыты с гальваническим элементом, подключая проводники из разного материала и длины. При этом пользуясь гальванометром, он заметил закономерности, которые записал в виде формулы.
Суть сводилась к тому, что при изменении одного из параметров также менялись и другие показания. Поскольку электричество и магнетизм связаны между собой, этот закон применим для магнитного поля и акустики.
Если говорить современным языком, то в передаче электрического заряда задействованы следующие компоненты:
• электрический ток;
• ЭДС;
• сопротивление цепи;
• сопротивление источника питания.
Прежде чем разбирать соотношение между этими составляющими, познакомимся с каждым из них поближе.
Сила тока I
В металлах это приводит к тому, что некоторые электроны, находящиеся на внешней орбитали, отрываются и свободно блуждают по материалу.
Такое движение хаотичное и ни к какой работе не приводит. Но если эти заряды направить в одном направлении, они смогут совершать какую-то работу.
Поскольку электроны очень малы, в поперечном сечении их достаточно много. Каждый электрон обладает магнитным полем и когда электроны собираются, магнитное поле возрастает. Это дает возможность с помощью амперметра, который вычисляет это магнитное поле, определить силу тока.
Всего различают два вида тока: однонаправленный и переменный. Однонаправленным считается такой ток, при котором движение заряженных частиц происходит всегда в одном направлении. При переменном токе они движутся то в одном, то в противоположном направлении. Примером служит домашняя электрическая сеть.
Единицей измерения силы тока служит ампер А. При силе в 1 А за 1 секунду через поперечное сечение проходит заряд, равный 1 кулону. На практике используются меньшие (миллиампер, микроампер) или большие (килоампер) величины.
Напряжение U, или разность потенциалов
Напряжение – это разность зарядов на выводах источника тока. Химическим, механическим или другим путем источник с одного вывода «выпускает» заряды, а на другом выводе «принимает» их. Если быть точным, то это называется разностью потенциалов. Обычно напряжение и потенциал совпадают, но бывают моменты, когда это равенство нарушается. Например, при воздействии внешнего магнитного поля напряжение может либо увеличиваться, если силовые линии совпадают с направлением движения зарядов, либо уменьшается, если внешние силы направлены в противоположную сторону.
Напряжение определяет работу, которую может совершить одиночный заряд за единицу времени. Измеряется в вольтах или более мелких (крупных) величинах:
• милливольт;
• микровольт;
• киловольт;
• мегавольт.
Если в цепи используется переменное напряжение, например, синусоидальное, то измерения могут быть:
• мгновенными;
• амплитудными;
• средними;
• среднеквадратическими;
• средневыпрямленными.
При мгновенном измерении получают значение, соответствующее измеряемой точке времени. Оно может находиться в пределах от максимального отрицательного до максимального положительного значения. Амплитудное значение показывает максимальные значения отрицательной и положительной полуволны. Среднее показывает разницу между максимальным и положительным значением, в синусоиде оно всегда равно 0.
Среднеквадратическое или действующее – значение, приравниваемое к действию постоянного тока, при котором выполняется такая же работа за единицу времени. Средневыпрямленное применяется редко, показывает среднее однонаправленное напряжение после выпрямителя.
Сопротивление R
Сопротивление – еще одна составляющая характеристика. Что это такое? Металлические провода имеют примеси, неоднородности в кристаллической решетке, что затрудняет движение электротока. Электрон теряет часть энергии для преодоления таких препятствий. Кроме того, сопротивление внутри провода больше, чем на его поверхности, так как электрон встречает сопротивление только в одной плоскости.
Кроме геометрии, на сопротивление влияет:
• удельное сопротивление;
• температура;
• назначение вещества.
Понятно, что чем длиннее проводник, тем большим сопротивлением он обладает. Для определения сопротивления по первому пункту достаточно посмотреть соответствующую таблицу. Определяется значение опытным путем. Берут заготовку сечением 1м2 и длиной 1 м и измеряют сопротивление в Омах. Для определения 1 Ома необходимо взять проводник и пустить по нему ток в 1 А. Взять вольтметр и, разводя щупы по этому проводнику, добиться показаний прибора в 1 В. Этот отрезок и будет соответствовать 1 Ому.
При увеличении температуры атомы раскачиваются все сильнее, мешая электронам продвигаться, а при уменьшении температуры они успокаиваются.
При температуре близкой к абсолютному нулю металлы становятся сверхпроводниками. Кроме металлов, в электротехнике используются полупроводники и изоляторы. У них проводимость прямо противоположна металлам: чем выше температура, тем выше проводимость.
Формулировка и объяснение
Рассматриваемый нами закон является эмпирическим – доказанным и признанным учеными, но не являющимся фундаментальным. Он описывает связь напряжения, тока и сопротивления в полной цепи или какого-то участка. Относится к физическим законам и применим в большинстве случаев. Расчет производится математически по следующей формуле: U=IR. Где U – напряжение, В; I – ток, А; R – сопротивление, Ом. Подставляя известные значения в формулу, можно найти неизвестную величину.
Как понять закон Ома?
Примеры с водопроводом, кажется, лучше всего подходят для объяснения действий электроэнергии. Чтобы вода поступала в дома, необходимы:
• водонапорная башня;
• трубы;
• вентили;
• насосы и подобные устройства.
Башня служит для создания давления, в нашем случае она символизирует напряжение источника питания. Трубы служат проводниками, их диаметр влияет на пропускную способность или сопротивление. Остальное оборудование рассматривать не будем. Чем выше находится накопительная емкость башни, тем большее давление она создает, а чем выше давление, тем быстрее проходит вода через трубы. Поэтому чем выше напряжение, тем больше ток в проводнике.
С другой стороны, чем больше диаметр труб при неизменной высоте емкости, тем больше воды проходит через них. Это показывает, что при увеличении диаметра проводника увеличивается его пропускная способность и уменьшается сопротивление, а значит, увеличивается ток.
Для участка цепи
Эмпиричность закона хорошо выражается в протяженных цепях ЛЭП. Чтобы снизить потери на сопротивление провода, с помощью трансформаторов повышают напряжение. При этом в местах соединения провода с изолятором при высоких напряжениях возникает коронирование – газовый разряд.
Это не учитывается формулой. Кроме того, сама линия превращается в большую излучающую антенну, что также невозможно вычислить с помощью формулы.
Для полной цепи
Рассмотренная выше цепь использует переменный ток, поскольку постоянный напрямую не трансформируется. Но в схеме с постоянным напряжением тоже есть свои подводные камни. Так, для запуска автомобиля используется 12-вольтовый аккумулятор емкостью 75 А/ч. Если вместо него взять 8 батареек на 1,5 В и подключить последовательно, то получим 12 В. Емкость будет примерно 1 А. При использовании закона Ома стартер должен вращаться примерно 14 секунд, однако, на самом деле, он даже не сдвинется с места. Почему такое происходит?
Все дело во внутреннем сопротивлении. Если говорить очень просто, то при большой нагрузке источник, в нашем случае это батарейка, не успевает отдавать накопленную энергию. Связано это в первую очередь с размерами источника.
Также на работу влияет материал, используемый в аккумуляторе. Получается, что для нормальной работы необходимо согласование источника и потребителя.
Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах
Чтобы учесть все влияющие на электричество факторы, необходимо использовать другие физические величины, такие как:
• плотность тока;
• проводимость;
• напряженность.
В отличие от скалярной величины, которая имеет определенное значение, векторные величины состоят из нескольких показателей и имеют направление. Складываются показания из точечных значений по формуле J=E. Упрощенно можно сказать, что J используется вместо силы тока, проводимость противоположна сопротивлению, а E замещает напряжение. Но даже такое замещение не всегда позволяет использовать закон Ома.
Где и когда можно применять?
При решении бытовых вопросов, например, определения мощности, в схемах с постоянным током этот закон применим и им можно пользоваться смело.
То есть для обычного обывателя нет никаких ограничений, они возникают в лабораториях или у конструкторов. Вот некоторые моменты, когда закон не имеет силы:
• высокая частота;
• сверхпроводимость;
• сильный нагрев;
• во время пробоя;
• движение ионов в газе или вакууме;
• работа полупроводников;
• в местах соединения металла с диэлектриком.
Хотя некоторые из перечисленных пунктов встречаются в обычных условиях, например, нагрев, пробой, газовый разряд и другие, они не являются нормальными или необходимыми для исследования. Поэтому, зная закон Ома, можно смело проводить необходимые измерения и решать насущные задачи.
Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.
Ом – Электроника в музыкальных технологиях
Закон Ома
Некоторые основы электроники
Чтобы иметь возможность немного больше понимать электронику и схемы, которые показаны на этом или других веб-сайтах, на самом деле необходимо понимать Закон Ома – он заставляет жить немного проще.
Вы должны понимать, что происходит с током, напряжением и сопротивлением. Все эти три переменные связаны между собой и составляют часть «Закона Ома».
Напряжение [В] является произведением силы тока {А] , умноженной на сопротивление [Ом])
А, если посмотреть на графическое представление этой формулы: треугольника с одного из трех углов, вы «видите» формулы для каждой переменной. Если вы посмотрите сверху, вы «увидите» U = I*R. Глядя из левого угла внизу, вы «видите» I=U/R.
Другими словами: чем выше номинал резистора, тем меньше ток при постоянном напряжении (аккумулятор). Если сопротивление равно 0 Ом, мы называем это коротким замыканием. Короткое замыкание приведет к неопределенному значению (слишком большому) тока (деление на ноль невозможно)
Предположим, у вас есть батарея на 9В. Если вы подключите параллельно резистор 1 кОм (= 1000 Ом), результирующий ток будет:
I = (U / R) = 9 / 1000 =
9 мА = 0,009 Ампер (А) (9 миллиампер)
В электронике значения, которые мы используем, будут варьироваться от T эра (= 1000000000000) или 10 12 (единица с 12 нулями) до p ico: 0,000000000001.
Инженерные значения всегда имеют шаг «3» цифры, чтобы сохранить чистоту обозначений и избежать ошибок.
Серия
Делитель напряжения
Если резисторы соединены последовательно (см. рисунок ниже), общее сопротивление является суммой всех резисторов. Таким образом, общее сопротивление в приведенном ниже примере составляет: R1+R2 . Если несколько резисторов подключены последовательно, просто добавьте их. Если у вас есть общее сопротивление, ток в этой цепи можно рассчитать по закону Ома.
Ток (I) в последовательной цепи (см. выше) одинаков во всей цепи. Есть только одна ветвь. Однако напряжение делится на эквивалентные части. Другое название схемы выше — Делитель напряжения . Ток через резистор вызывает «падение напряжения», поэтому с двумя резисторами напряжение делится на два значения. Если последовательные резисторы имеют одинаковое значение (скажем, 1 кОм), значение напряжения, параллельного резисторам, одинаково — напряжение делится на равные части.
В приведенном ниже примере 10 В источника питания делятся на два умноженных на 5 В.
Помните о значениях, которые вы используете для таких вычислений. Старайтесь использовать «технические ценности» и избегайте переноса запятых. См. рисунок ниже.
Если мы посмотрим на последовательную цепь, определяющую вход и выход, батарея будет входом, а напряжение, параллельное резистору R2, будет определено как выход. Это важное определение, когда мы начинаем говорить о фильтрах!
Выход этой последовательной схемы можно определить следующим образом:
Параллельный
Делитель тока
Если резисторы расположены параллельно (см. рисунок ниже), они делят ток в эквивалентных частях — отсюда и название делителя тока. Напряжение, параллельное двум резисторам, одинаково для обоих резисторов — это один электрический узел (= электрическая точка). Однако ток разделяется на два отдельных потока тока. Величина тока определяется номиналом резистора.
См. рисунок.
Общее сопротивление параллельно включенных резисторов равно обратному значению сопротивления последовательно включенных резисторов. Чтобы рассчитать общее сопротивление, вы должны просуммировать обратные значения. Это означает, что при параллельном соединении резисторов общее сопротивление упадет до . Предположим, у нас есть 2 резистора по 1 кОм, размещенных параллельно, общее сопротивление будет 500 Ом.
Вопрос викторины 🙂
Ниже схема с последовательными и параллельными соединениями. Напряжение батареи 10В постоянного тока. Все резисторы имеют одинаковое значение 1 кОм. Вопрос викторины: какое напряжение параллельно резистору R4? Удачи!
PS: символ в нижней части схемы указывает на заземление.
Закон Ома — Главная страница
Закон Ома — Главная страницаЦЕЛИ ЭТОГО САЙТА:
- Чем больше батарея
напряжение, тем больше ток.
- ток прямо пропорциональна напряжению. Например, 12-вольтовая батарея будет производить в два раза больше тока, чем у 6-вольтовой батареи, пока каждая из них подключена к той же цепи.
- Сопротивление определяется как отношение используемого напряжения к току, вырабатываемому в цепи. (Сопротивление = Напряжение/Ток)
- Это уравнение называют как закон Ома. Назван в честь немецкого физика, открывшего это, Георг Ом.
- Единица СИ для сопротивления называется Ом. Обозначается заглавной греческой буквой. Омега.
- Основное приложение
Закон Ома используется при построении электрических устройств. Большинство приборов
требуется определенное количество напряжения и тока для работы. Выяснить
наиболее эффективный способ получить правильный ток, используется закон Ома. Ома
Закон может сказать вам, какое сопротивление вам нужно, чтобы установить определенный ток. с определенным напряжением.
- Резисторы очень важны в электрических цепях. Они используются для ограничения количества текущих поездок через цепь и установить определенные уровни напряжения. Закон Ома используется, чтобы выяснить, какие резисторы необходимы.
- Без закона Ома мы не смог бы выяснить, какое сопротивление необходимо в цепи, и поэтому либо слишком большой, либо слишком маленький ток или напряжение будут произведено.
- Сопротивление равно Напряжение, деленное на ток.
- Единица измерения сопротивления это Ом , который представлен греческой заглавной буквой Омега. (Вт)
- Единица тока это ампер, также известный как ампер. Он представлен столицей буква А. ( А)
- Единица измерения напряжения составляет вольт. Обозначается заглавной буквой V. (V)
с определенным напряжением.
Формулы
Используемая формула чтобы показать закон Ома W = В/А.
Вариантом этого является напряжение, равное амперам, умноженным на сопротивление,
который отображается как V=AW.Примеры задач
Пример задачи
1
Цепь
через него проходит 7 вольт. В итоге получается 4,37 Ампер.
Решите величину сопротивления.
Решение
R = В = 7 В = 1,60
Вт
А 4,37 А
Пример задачи
2
Есть
3 вольта по цепи. Резисторы в схеме всего 1750
Ом. Решите для тока.
Раствор
A= В = 3 В = .0017
А
Вт 1750 Вт
Пример задачи
3
Цепь производит
0,0036 Ампер. Общее сопротивление 16000 Вт.
Решать
для общего напряжения.
Раствор
В= АВ =
0,0036 А Х 16000 Вт =
57,6 В
Щелкните здесь, чтобы перейти на страницу о резисторах.
Щелкните здесь, чтобы перейти на страницу о гибридных устройствах
схемы.
