Закон ома формула мощности. Закон Ома и закон мощности: ключевые формулы электротехники

Как связаны напряжение, ток и сопротивление в электрической цепи. Почему закон Ома и закон мощности кажутся противоречащими друг другу. Как правильно применять эти формулы на практике.

Закон Ома: фундаментальная взаимосвязь напряжения, тока и сопротивления

Закон Ома является одним из основополагающих законов электротехники. Он устанавливает связь между тремя ключевыми параметрами электрической цепи:

• Напряжением (U) — измеряется в вольтах (В)
• Силой тока (I) — измеряется в амперах (А)
• Сопротивлением (R) — измеряется в омах (Ом)

Математически закон Ома выражается формулой:

U = I * R

Эта формула показывает, что напряжение прямо пропорционально произведению силы тока на сопротивление. Из нее можно вывести и другие полезные соотношения:

• I = U / R — сила тока равна напряжению, деленному на сопротивление
• R = U / I — сопротивление равно напряжению, деленному на силу тока

Закон мощности: связь мощности с напряжением и током

Еще одной важной формулой в электротехнике является закон мощности:

P = U * I

Где P — мощность, измеряемая в ваттах (Вт).

Эта формула показывает, что мощность прямо пропорциональна произведению напряжения на силу тока. Из нее также можно вывести дополнительные соотношения:

• U = P / I — напряжение равно мощности, деленной на силу тока
• I = P / U — сила тока равна мощности, деленной на напряжение

Кажущееся противоречие между законом Ома и законом мощности

На первый взгляд закон Ома и закон мощности могут показаться противоречащими друг другу. Действительно, согласно закону Ома:

I = U / R

То есть сила тока прямо пропорциональна напряжению. Чем выше напряжение, тем больше сила тока при постоянном сопротивлении.

Однако из закона мощности следует другое соотношение:

I = P / U

Здесь сила тока обратно пропорциональна напряжению при постоянной мощности. Чем выше напряжение, тем меньше сила тока.

Как разрешить это кажущееся противоречие? Ответ заключается в том, что эти законы применимы в разных условиях.

Разрешение противоречия: условия применения законов

Ключевой момент в понимании взаимосвязи этих законов — учет условий, при которых они применяются:

• Закон Ома (I = U / R) применим при постоянном сопротивлении. Если мы увеличиваем напряжение, не меняя сопротивление, ток действительно возрастает.
• Закон мощности (I = P / U) применим при постоянной мощности. Если мощность фиксирована, то при увеличении напряжения ток уменьшается, чтобы поддерживать мощность на том же уровне.

Таким образом, эти законы не противоречат друг другу, а описывают разные ситуации в электрических цепях.

Практическое применение законов в различных ситуациях

Рассмотрим несколько практических примеров, иллюстрирующих применение этих законов:

1. Изменение напряжения в цепи с постоянным сопротивлением

Допустим, у нас есть резистор с сопротивлением 100 Ом. Мы подключаем его к источнику питания и меняем напряжение:

• При U = 10 В, I = 10 В / 100 Ом = 0.1 А
• При U = 20 В, I = 20 В / 100 Ом = 0.2 А

Здесь мы видим, что ток увеличивается пропорционально напряжению, как и предсказывает закон Ома.

2. Трансформатор с постоянной мощностью

Представим трансформатор мощностью 1000 Вт. На его выходе мы можем получить разные комбинации напряжения и тока:

• При U = 100 В, I = 1000 Вт / 100 В = 10 А
• При U = 200 В, I = 1000 Вт / 200 В = 5 А

В этом случае при увеличении напряжения ток уменьшается, что соответствует закону мощности.

Важность понимания обоих законов в электротехнике

Понимание и правильное применение обоих законов — закона Ома и закона мощности — критически важно для специалистов в области электротехники. Это позволяет:

• Правильно рассчитывать параметры электрических цепей
• Выбирать компоненты с нужными характеристиками
• Прогнозировать поведение электрических систем при изменении условий
• Оптимизировать энергопотребление и эффективность электрических устройств

Специалисты должны уметь анализировать, в какой ситуации какой закон применим, и использовать соответствующие формулы для расчетов.

Ограничения применения законов Ома и мощности

Важно помнить, что оба закона имеют свои ограничения:

• Закон Ома применим только для линейных электрических цепей. Он не работает для нелинейных элементов, таких как диоды или транзисторы.
• Закон мощности в форме P = U * I применим для цепей постоянного тока и для цепей переменного тока с активной нагрузкой. Для реактивных нагрузок (индуктивных и емкостных) нужно учитывать фазовые сдвиги между током и напряжением.

В более сложных случаях могут потребоваться дополнительные формулы и методы расчета.

Применение законов в современной электронике

В современной электронике законы Ома и мощности остаются фундаментальными, но их применение становится более сложным:

• В микроэлектронике важно учитывать эффекты, связанные с очень малыми размерами компонентов.
• В силовой электронике необходимо принимать во внимание нелинейные характеристики полупроводниковых приборов.
• В высокочастотных схемах становятся значимыми эффекты, связанные с распределенными параметрами цепей.

Тем не менее, понимание базовых законов остается необходимым для анализа и проектирования даже самых сложных электронных систем.

Заключение: гармония законов в электротехнике

Закон Ома и закон мощности, несмотря на кажущееся противоречие, на самом деле дополняют друг друга, описывая разные аспекты поведения электрических цепей. Их правильное понимание и применение позволяет:

• Эффективно анализировать электрические схемы
• Проектировать надежные и энергоэффективные устройства
• Решать сложные задачи в области электротехники и электроники

Овладение этими фундаментальными законами — важный шаг на пути к мастерству в области электротехники и смежных дисциплин.

инструменты и методы технического волшебства

Самая главная формула для любого инженера-электрика — это закон Ома, который определяет соотношение между напряжением (измеряется в вольтах), током (измеряется в амперах) и сопротивлением (измеряется в Омах) в цепи. Схема представляет собой замкнутый контур с источником электрической энергии ( например, батареей 9 В) и нагрузкой (чем-то, что расходует энергию, как светодиод). Прежде всего, важно понять физический смысл каждого термина:

• напряжение представляет собой разность электрических потенциалов между двумя точками;

• ток течет от точки с более высокой потенциальной энергией, чтобы снизить потенциальную энергию. Пользуясь аналогией, электрический ток можно предста

— 46 —

вить как поток воды, а напряжение — как высоту перепада. Вода (или ток) всегда течет из точки с большей высотой (более высокое напряжение) к точке с меньшей высотой (или более низкому напряжению). Ток, как вода в реке, всегда будет идти по пути наименьшего сопротивления в цепи;

• по аналогии сопротивление является отверстием для протекания тока. Когда вода (ток) течет через узкую трубу, за одинаковое количество времени проходит меньшее количество, чем через широкую трубу. Узкая труба эквивалентна большему сопротивлению, потому что вода будет течь медленнее. Широкая труба эквивалентна малому сопротивлению, потому что вода (ток) может течь быстрее.

Закон Ома определяется следующим образом:

U = I·R, где U — напряжение в вольтах; I — ток в амперах; R — сопротивление в омах.

В электрической цепи каждый компонент обладает некоторым сопротивлением, что снижает напряжение. Закон Ома очень удобен для подбора значения резистора, подкточаемого последовательно со светодиодом. Светодиоды характеризуются определенной величиной падения напряжения и заданным значением рабочего тока. Чем больше ток через светодиод (не превышая максимально допустимого), тем ярче он светится. Для наиболее распространенных светодиодов максимальный ток равен 20 мА. Типовое значение падения напряжения для светодиода составляет около 2 в.

Рассмотрим схему, изображенную на рис. 2.3, и применим закон Ома для подбора резистора R1.

Рис. 2.3. Схема включения светодиода

Предположим, что LED 1 — стандартный светодиод с прямым током 20 мА и падением напряжения 2 В. Напряжение питания 5 В должно перераспределиться между светодиодом и резистором. Поскольку доля светодиода составляет 2 В, оставшиеся 3 В должны быть приложены к резистору. Зная максимальное значение прямого тока через светодиод (20 мА), можно найти номинал резистора:

R = U/I= 3/0,02 = 150 Ом.

Таким образом, при сопротивлении резистора 150 Ом через него и светодиод протекает ток 20 мА. По мере увеличения сопротивления ток будет уменьшаться.

Резистор 220 Ом обеспечивает достаточную яркость свечения светодиода, к тому же этот номинал очень распространен.

Еще одно важное соотношение — формула для расчета мощности, которая показывает, сколько ватт рассеивается на каждом компоненте. Увеличение мощности рас

— 47 —

сеивания связано с ростом тепловыделения прибора. Для каждого компонента, как правило, задается максимально допустимая мощность. Максимальная мощность резистора в нашем примере равна 0,125 Вт. Формула для расчета мощности выглядит следующим образом:

Р = U·I, где Р — мощность, Вт; U- напряжение, В; I — сила тока, А.

Для резистора из схемы на рис. 2.3 при падении напряжения 3 В и силе тока 20 мА мощность равна

Р = 3·0,02 = 0,06 Вт.

Поскольку 60 мВт< 0,125 Вт = 125 мВт, следовательно, данный резистор не перегреется.

Закон Ома. Калькулятор. Полезные формулы

Закон Ома. Калькулятор. Полезные формулы

Для расчета введите любые два значения:

Вольты	Амперы	Омы	Ватты

Полезные формулы

Постоянный ток

Ток (А) =	Ватты / Вольты	I = P / V	A = W / V
Мощность (Вт) =	Вольты * Амперы	P = V * I	W = V * A
Напряжение (В) =	Ватты / Амперы	V = P / I	V = W / A
Мощность в лошад. силах=	(V * A * EFF) / 746
Efficiency=	(746 * HP) / (V * A)
Прим.: EFF = Efficiency HP = Мощность в лошадиных силах (Horsepower)

Переменные ток — одна фаза

Ток (А) =	Ватты /(Вольты * PF)	I=P/(V * PF)	A=W/(V * PF)
Мощность (Вт) =	Вольты * Амперы * PF	P=V * I * PF	W=V * A * PF
Напряжение (В) =	Ватты / Амперы	V=P / I	V=W / A
Вольт-ампер (В·А)=	Вольты * Амперы	VA=V * I	VA=V * A
Мощность в лошад. силах=	(V * A * EFF * PF) / 746
Коэффициент мощности=	INPUT WATTS / (V * A)
Efficiency=	(746 * HP) / (V * A * PF)
Прим.: EFF = Efficiency PF = Коэффициент мощности (Powerfactor) HP = Мощность в лошадиных силах (Horsepower)

Переменные ток — три фазы

Ток (А) =	WATTS / (1.732 * VOLTS * PF)	I = P / (1. 732 * E * PF)
Мощность (Вт) =	1.732 * VOLTS * AMPS * PF	P = 1.732 * V * I * PF
Напряжение (В) =	WATTS / AMPS	V=P / I
Вольт-ампер (В·А)=	1.732 * VOLTS * AMPS	VA=1.732 * V * I
Мощность в лошад. силах=	(1.732 * V * A * EFF * PF) / 746
Коэффициент мощности=	INPUT WATTS / (1.732 * V * A)
Efficiency=	(746 * HP) / (1.732 * V * A * PF)
Прим.: EFF = Efficiency PF = Коэффициент мощности (Powerfactor) HP = Мощность в лошадиных силах (Horsepower)

Вольт — единица электрического напряжения.
Ампер — диница измерения силы электрического тока.
Ватт — единица мощности.
Efficiency — выходная мощность, поделенная на входную мощность (отношение произведенной работы к использованной энергии).

---

 

Понимание колеса закона Ома в 2023 году: бесплатный калькулятор закона Ома!

Если вы электрик или специалист по системам вентиляции и кондиционирования , вам необходимо четко понимать закон Ома.

Помогает описать электрические цепи и взаимосвязь между напряжением и током.

Понимание закона Ома позволит вам контролировать ток в цепи и знать, когда добавлять резисторы.

Все равно? Просто нажмите здесь для нашего бесплатного калькулятора колеса закона Ома.   Вот здесь!

✅ Как использовать закон Ома

Закон Ома гласит, что ток между двумя точками прямо пропорционален напряжению в двух точках электрического проводника.

Лучший способ узнать этот закон — использовать круговую диаграмму закона Ома.

В нем используется простая формула с тремя электрическими переменными: напряжением, током и сопротивлением.

R — сопротивление, измеренное в омах, Ом

I — ток, измеренный в амперах или амперах

В измеряется в вольтах = иногда известно как E (вольты)

Представьте себе каждую букву (R, I, V) в углу треугольника с V наверху.

Эта визуализация демонстрирует взаимосвязь между переменными .

Он также может помочь вам определить, сколько ампер будет потреблять цепь, если вы не можете использовать амперметр.

Схема закона Ома

Поместите палец на единицу , которую вы хотите рассчитать, будь то сопротивление, напряжение или ток.

Об остальном позаботится формула закона Ома.

Это потому, что ток через две точки проводника прямо пропорционален его напряжению.

При этом электрический ток обратно пропорционален сопротивлению.

Колесо закона Ома можно представить с помощью следующих математических уравнений:

• I (ток) x R (сопротивление) = V (напряжение)
• В (напряжение) / I (ток) = R (сопротивление)
• В (напряжение) / R (сопротивление) = I (ток)

Если у вас есть два известных значения, вы можете рассчитать оставшуюся единицу, используя эти формулы.

Сначала подставьте известные значения в формулу.

Во-вторых, умножьте или разделите их (или используйте калькулятор) в зависимости от других значений. Это так просто. 😉

✅

Примеры закона Ома

Мы хотим найти сопротивление электрической цепи, измеренное в омах.

Мы знаем, что напряжение составляет 24 вольта, а сопротивление цепи равно шести омам.

Как рассчитать электрический ток? Подставив известные значения в формулу закона Ома:

• 24 вольта / 6 Ом = 4 ампера

Теперь вы  знаете значение отсутствующей переменной .

Вы можете использовать закон Ома, если в формуле известны две единичные переменные.

Вот еще один пример, в котором у вас есть 200 вольт и 20 ампер:

• 200 вольт / 20 ампер = 10 Ом

✅

Колесо формулы закона Ома Колесо формулы закона Ома

Колесо формулы закона Ома добавляет еще одну переменную: мощность (P) измеряется в Вт .

В этом случае мощность определяется как скорость передачи энергии по цепи в единицу времени, выраженная в ваттах.

Колесо формул объединяет круговую диаграмму с законом Ома. Он содержит четыре единицы.

Хотя колесо формул может показаться сложным, им так же легко пользоваться, как круговой диаграммой.

Каждый квадрант диаграммы  содержит формулы, выражающие взаимосвязь между двумя переменными, независимо от того, прямо пропорциональны они или нет.

В каждом квадранте вы найдете по три формулы.

📋

Вот четыре шага, которые необходимо выполнить при использовании колеса закона Ома.

1) Определите, для какой переменной вам нужно найти: мощность (P), сопротивление (R), ампер (I) и вольт (E или V).

2) Определите, какие переменные вы уже знаете: мощность (P), сопротивление (R), амперы (I) и вольты (E или V).

3) Найдите формулу, в которую можно подставить два ваших значения.

4) Решить уравнение.

При решении формулы используйте совместимые единицы измерения.  Если вы используете омы и амперы, это нормально, потому что они работают вместе.

Однако, если у вас есть килоомы, вы должны преобразовать число в омы, прежде чем вычислять ответ.

В противном случае вы получите гораздо меньший результат, чем ожидали.

То же самое, если вы используете киловатты вместо ватт или миллиамперы вместо ампер.

✅

Принципы закона Ома

Закон Ома предлагает полезный способ изучения взаимосвязи между переменными.

Все, что вам нужно сделать, это изменить значение одной переменной в формуле.

В результате вы увидите пропорциональное увеличение или уменьшение ответа.

Допустим, вы хотите увеличить сопротивление. Это повлияет на другие компоненты в уравнениях.

Вот три примера, иллюстрирующие эту динамику:

• 240 вольт / 5 Ом = 48 ампер
• 240 вольт / 10 Ом = 24 ампера
• 240 вольт / 20 Ом = 12 ампер

Эти формулы показывают постепенное увеличение сопротивления.

Что происходит в результате?

Напряжение тоже растет, при условии, что сопротивление цепей не меняется.

Давайте повторим этот пример, изменяя напряжение:

• 240 вольт / 10 Ом = 24 ампера
• 480 вольт / 10 Ом = 48 ампер
• 960 вольт / 10 Ом = 96 ампер

Напряжение в этих уравнениях неуклонно растет.

При этом сопротивление остается прежним.

Следовательно, электрическая энергия тока увеличивается пропорционально напряжению.

✅

Когда использовать колесо закона Ома

У закона Ома нет недостатка в реальных приложениях .

Вы можете использовать формулы для решения широкого круга проблем в мире HVAC.

Например, это удобный вариант при работе с рабочей схемой.

Допустим, вы не можете измерить сопротивление рабочей цепи .

Одним из вариантов было бы отключить цепь и таким образом измерить сопротивление.

Однако этот вариант требует ненужного количества времени и усилий.

Колесо закона Ома позволяет рассчитать значение сопротивления в секундах.

Закон Ома также часто сочетается с законом Джоуля (в котором используется формула P (мощность) = IV для расчета мощности резистивных элементов, когда переменная неизвестна.

Например, если вы знаете ток (I) и сопротивление (R), но не напряжение, вы можете заменить V в законе Джоуля на закон Ома, чтобы найти мощность в ваттах. Вы получите P = I (IR). постоянное напряжение или ток возбуждения .

Цепи постоянного тока (DC) имеют устойчивый поток электричества, который легко измерить.

Если у вас нет этой стабильности, определение напряжения и тока становится сложнее.

Например, вы не можете применять формулы при работе с цепями переменного тока, также известными как изменяющиеся во времени цепи .

Это потому, что они  не учитывают реактивное сопротивление , которое вы найдете в этом типе схемы.

Обратите внимание, что вы можете настроить формулы для учета импеданса (Z) , но это урок для другой статьи.

✅

Калькулятор закона Ома

Вам нужно рассчитать электрический ток в крайнем случае?  

Мы подготовили для вас калькулятор закона Ома.

Калькулятор может работать с уравнениями, в которых используются мощность, напряжение, ток и сопротивление.

Введите два значения и нажмите «Ввод», чтобы решить формулу.

Хотя этот калькулятор облегчит вашу работу, закон Ома служит основой для работы с электричеством наряду с другими важными формулами.

Независимо от того, являетесь ли вы учеником HVAC или опытным техником, вам необходимо четко понимать эти концепции.

Вы можете  использовать формулы для решения различных задач  при работе с электроэнергией, резистивными элементами, напряжением, током и т. д., и у вас не всегда может быть доступ к калькулятору!

Посетите наш блог, чтобы узнать больше советов, рекомендаций и идей.

Согласно закону Ома, I ∝ V, но I ∝ 1/V в силовом уравнении. Как?

Основные концепцииEE Вопросы / ответы

В I = V / R ток прямо пропорционален напряжению, но ток обратно пропорционален напряжению в P = VI?

Это еще один сбивающий с толку вопрос, который чаще всего задают на собеседованиях по электротехнике и электронике.

Согласно закону Ома, Ток увеличивается при увеличении напряжения (I=V/R), но Ток уменьшается при увеличении напряжения согласно формуле (P = VI). Как вы объясните?

т. е. 

• В соответствии с законом Ома: I ∝ V (ток прямо пропорционален напряжению. I = V/R)
• Согласно формуле мощности: I ∝ 1/В (Ток обратно пропорционален напряжению. I = P/V)

Короче говоря, в соответствии с законом Ома (V = IR или I = V/R), который показывает, что ток прямо пропорционален напряжению, но в соответствии с P = VI или I = P/V, он показывает, что ток обратно пропорциональна напряжению.

• По теме: Почему мощность в чисто индуктивной и чисто емкостной цепи равна нулю?

Давайте проясним путаницу в утверждении.

P = V x I

На самом деле, это зависит от того, как вы увеличиваете параметры, т. е. увеличиваете ли вы напряжение, сохраняя мощность источника постоянной или она меняется.

• Если мощность источника постоянна, ток будет уменьшаться при увеличении напряжения.
• Если вы не заботитесь о мощности и просто замените батарею на новую с более высокой номинальной мощностью, это может увеличить ток при увеличении напряжения, поскольку мощность больше не является постоянной, т.е. мощность также увеличилась.

В случае трансформатора, когда напряжение увеличивается, ток уменьшается, поскольку мощность остается постоянной, т. е. мощность обеих сторон равна P = VI (без учета коэффициента мощности: Cos θ).

• Запись по теме: Почему потоки в первичной и вторичной обмотках всегда одинаковы?

В = I x R

По закону Ома ток (I) прямо пропорционален напряжению (В), если сопротивление (R) и температура остаются постоянными.

• В = ИК
• Р = В/И
• И = В/Р

Согласно формуле мощности, она говорит, что ток обратно пропорционален напряжению, если мощность остается неизменной.

• Р = В х I
• Я = P/V
• В = P/I

Как мы уже знаем, в повышающем трансформаторе при увеличении напряжения ток уменьшается при той же мощности (поскольку трансформатор только повышает или понижает значение тока и напряжения и не изменяет значение власть). Точно так же напряжение уменьшается при увеличении тока в понижающем трансформаторе.

Та же история и на электростанции, где постоянная выработка электроэнергии. Если мощность на стороне генерации улучшится, то и ток, и напряжение будут увеличены.

• Сообщение по теме: Можем ли мы заменить трансформатор на 110/220 витков на 10/20 витков?

Вкратце:

• Если мощность постоянна = Напряжение обратно пропорционально току , т.е. В ∝ 1/I в P = VxI .
• Если сопротивление и температура постоянны: Напряжение прямо пропорционально току , т.е. В ∝ I в В = IxR .