Закон ома i. Закон Ома: фундаментальный принцип электротехники

Что такое закон Ома. Как он связывает напряжение, ток и сопротивление. Какое практическое применение имеет закон Ома в электротехнике. Как рассчитать параметры электрической цепи с помощью закона Ома.

Содержание

Что такое закон Ома и его формулировка

Закон Ома — это фундаментальный закон электротехники, описывающий связь между напряжением, током и сопротивлением в электрической цепи. Он был открыт немецким физиком Георгом Омом в 1826 году и назван в его честь.

Согласно закону Ома, сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке 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)

Эта простая формула позволяет рассчитать любую из трех величин, если известны две другие. Закон Ома справедлив для участка цепи, не содержащего источников ЭДС.

История открытия закона Ома

Георг Ом проводил эксперименты с электрическими цепями в 1820-х годах. Он исследовал, как меняется ток при изменении напряжения и сопротивления. В результате многочисленных опытов Ом установил математическую зависимость между этими величинами.

Интересно, что современники Ома не сразу признали значимость его открытия. Лишь спустя несколько десятилетий закон Ома получил широкое признание и стал одним из основополагающих принципов электротехники.

Физический смысл закона Ома

Закон Ома отражает фундаментальные свойства прохождения электрического тока через проводник:

Чем больше напряжение, тем сильнее электрическое поле и тем интенсивнее движение зарядов, то есть выше ток.
Чем выше сопротивление проводника, тем сильнее он препятствует движению зарядов, уменьшая ток.

Можно провести аналогию с течением воды по трубе: напряжение подобно разности давлений, ток — расходу воды, а сопротивление — сужению трубы.

Применение закона Ома на практике

Закон Ома имеет огромное практическое значение в электротехнике и электронике. Он позволяет:

Рассчитывать параметры электрических цепей
Подбирать компоненты с нужными характеристиками
Анализировать работу электрических схем
Находить неисправности в цепях

Инженеры и электрики постоянно используют закон Ома в своей работе. Без понимания этого закона невозможно грамотно проектировать и обслуживать электрические системы.

Ограничения применимости закона Ома

Несмотря на свою универсальность, закон Ома имеет ряд ограничений:

Он справедлив только для проводников, подчиняющихся закону Ома (омических проводников)
Не применим к нелинейным элементам (диоды, транзисторы)
Нарушается при очень сильных токах и напряжениях

Не учитывает влияние температуры на сопротивление

В этих случаях требуются более сложные модели для описания электрических процессов. Однако для большинства практических задач закон Ома остается вполне применимым.

Как использовать закон Ома для расчетов

Закон Ома позволяет легко находить неизвестные параметры электрической цепи. Рассмотрим несколько примеров расчетов:

Нахождение тока

Дано: напряжение U = 12 В, сопротивление R = 4 Ом

I = U / R = 12 В / 4 Ом = 3 А

Расчет напряжения

Дано: ток I = 0.5 А, сопротивление R = 100 Ом

U = I * R = 0.5 А * 100 Ом = 50 В

Определение сопротивления

Дано: напряжение U = 220 В, ток I = 2 А

R = U / I = 220 В / 2 А = 110 Ом

Такие расчеты помогают подбирать компоненты, анализировать работу схем и решать многие другие практические задачи.

Закон Ома для полной цепи

Закон Ома для полной цепи учитывает не только сопротивление нагрузки, но и внутреннее сопротивление источника тока. Он формулируется следующим образом:

I = E / (R + r)

где:

E — электродвижущая сила источника
R — сопротивление нагрузки
r — внутреннее сопротивление источника

Этот закон позволяет более точно рассчитывать параметры реальных электрических цепей с учетом свойств источников питания.

Аналогии закона Ома в других областях физики

Интересно, что закономерности, аналогичные закону Ома, встречаются и в других разделах физики:

Закон Пуазейля в гидродинамике связывает расход жидкости с разностью давлений и гидравлическим сопротивлением
Закон Фурье в теории теплопроводности описывает зависимость теплового потока от градиента температуры и теплопроводности
Закон Фика в теории диффузии связывает поток вещества с градиентом концентрации и коэффициентом диффузии

Эти аналогии показывают универсальность принципов, лежащих в основе закона Ома, и их применимость к различным физическим процессам.

Закон Ома простыми словами | Статьи ЦентрЭнергоЭкспертизы

Администрация2022-02-01T10:09:07+03:00

Статьи закон Ома, напряжение 0 Комментариев

Из школьного курса физики многим из нас наверняка известен закон Ома, хотя для большинства это знание не дает гарантии его понимания. Тем не менее, он является базовым для всех людей связанных с электрикой и электроникой, поэтому попробуем найти простое объяснение одному из главных законов электротехники. Для начала попробуем разобраться с основными понятиями физики, характеризующими простейшую электрическую цепь.

Электрический ток можно представить в виде потока свободных заряженных частиц (электронов), протекающих в проводнике. Чем большее количество электронов проходит через него за единицу времени, тем больше сила тока I, физическая величина, измеряемая в амперах (А).
Движение свободных электронов не происходит само по себе, оно обусловлено разностью потенциалов, приложенных к обоим концам проводника и определяющих другую физическую величину – напряжение. Чем выше величина напряжения U, измеряемого в вольтах (В) тем больше поток электронов.
В процессе движения свободные электроны сталкиваются с атомами кристаллической решетки металла проводника, вызывая его разогрев. «Потревоженные» атомы оказывают дополнительное препятствие передвижению заряженных частиц, такое свойство материалов, через которые вынужден протекать ток, называется электрическим сопротивлением R и измеряется в омах (Ом).

Итак, мы подошли непосредственно к закону, открытому эмпирическим путем немецким физиком Георгом Симоном Омом, имя которого закон и носит.

Суть и разнообразие формулировок закона

Как становится очевидным, Ом вывел взаимную зависимость напряжения, силы тока и сопротивления нагрузки для участка цепи (коим, собственно, эта нагрузка является), которая оказалась фундаментальным физическим законом. Согласно ему сила тока, протекающая через участок цепи, пропорциональна приложенному к нему напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению этого участка:

I = U/R,

в иной интерпретации он выглядит как:

U = I·R или R = U/I.

Эти простейшие физические формулы справедливы для участка цепи питаемого постоянным током, в несколько видоизмененном виде законы Ома действительны для полной (замкнутой) цепи или для любых электрических цепей, питаемых переменным током.

Для полной цепи необходимо учитывать как сопротивление нагрузки, так и включенное с ним последовательно внутреннее сопротивление источника питания r, величина напряжения при этом равна ЭДС источника ε. Закон Ома в этом случае выглядит как:

I = ε⁄(R+r)·

В случае переменного тока приходится учитывать реактивный характер нагрузок, поэтому активное сопротивление R следует заменить полным сопротивлением Z, учитывающим реактивные составляющие.

Чтобы понять суть закона, на практике часто приводят примеры из гидравлики, где:

роль напряжения исполняет водонапорная башня;
роль тока поток воды в отводящей трубе;
аналог сопротивления диаметр самой трубы.

Легко представить, что чем выше резервуар с водой, тем больше потенциальная энергия ею запасенная (аналог напряжения) и тем сильнее будет напор жидкости в трубе (сила тока), определяющий расход. Кроме того на расход жидкости влияет диаметр трубы (аналог сопротивления) – чем он меньше (сопротивление выше) тем меньше расход.

Запомнить формулы закона Ома для участка цепи проще воспользовавшись треугольником Ома, разбитым на три части. В верхней, представляющей собой числитель находится U, в разбитом надвое знаменателе (нижняя часть) расположены I и R. Прикрывая искомую величину, мы получаем формулу для ее определения.

Остались вопросы?

Заполните форму обратно связи ниже, наши специалисты свяжутся с Вами, проконсультируют, расскажут про возможные способы решения Вашей задачи.

заказать консультацию

Ваше имя (обязательно)

Ваш e-mail (обязательно)

Телефон

Сообщение

Прикрепить файл

Даю согласие на обработку данных

Значение закона Ома

Применяя основной закон электрической цепи (закон Ома), можно объяснить многие природные явления, которые на первый взгляд кажутся загадочными и парадоксальными. Например, всем известно, что любой контакт человека с электрическими проводами, находящимися под напряжением, является смертельно опасным. Всего лишь одно прикосновение к оборвавшемуся проводу высоковольтной линии способно убить электрическим током человека или животное. Но в то же время, мы постоянно видим, как птицы спокойно усаживаются на высоковольтные провода электропередач, и ничто не угрожает жизни этих живых существ. Тогда как же найти объяснение такому парадоксу?

А объясняется подобное явление довольно просто, если представить, что находящаяся на электрическом проводе птица – это один из участков электрической сети, сопротивление второго значительно превышает сопротивление другого участка той же цепи (то есть небольшого промежутка между лапками птицы). Следовательно, сила электрического тока, воздействующая на первый участок цепи, то есть на тело птицы, будет совершенно безопасной для неё.

Однако полная безопасность гарантирована ей только при соприкосновении с участком высоковольтного провода. Но стоит только птице, усевшейся на линию электропередач, задеть крылом или клювом провод или какой-либо предмет, находящийся вблизи от провода (например, телеграфный столб), то птица неминуемо погибнет. Ведь столб непосредственно связан с землёй, и поток электрических зарядов, переходя на тело птицы, способен мгновенно убить её, стремительно двигаясь по направлению к земле. К сожалению, по этой причине в городах гибнет немало птиц.

Для защиты пернатых от губительного воздействия электричества зарубежными учеными были разработаны специальные устройства – насесты для птиц, изолированные от электрического тока. Такие приспособления размещали на высоковольтных линиях электропередач. Птицы, усаживаясь на изолированный насест, могут без всякого риска для жизни прикасаться клювом, крыльями или хвостом к проводам, столбам или кронштейнам.

Наибольшим сопротивлением обладает поверхность верхнего, так называемого рогового слоя кожи человека. Сопротивление сухой и неповреждённой кожи может достигать 40 000 – 100 000 Ом. Роговой слой кожи очень незначителен, всего 0,05 – 0,2 мм. и легко пробивается напряжением 250 В. При этом сопротивление уменьшается в сто раз и падает тем скорее, чем дольше действует на тело человека ток.
Резко, до 800 – 1000 Ом, уменьшают сопротивление тела человека повышенная потливость кожного покрова, переутомление, нервное возбуждение, опьянение. Этим объясняется, что порой даже небольшое напряжение может вызвать поражение электрическим током. Если, например, сопротивление тела человека равно 700 Ом, то опасным будет напряжение всего в 35 В. Именно поэтому, например, специалисты-электрики даже при работе с напряжением 36 В применяют изолирующие защитные средства – резиновые перчатки или инструмент с изолированными ручками.

Определение закона Ома, формула, пример

Определение закона Ома, формула, пример Подробное объяснение.

Закон Ома описывает взаимосвязь между напряжением, сопротивлением и током, где В напряжение (В) пытается заставить заряд течь, R сопротивление (R) сопротивляется этому потоку, и фактический результат C текущий (я).

Закон Ома

Содержание

Определение закона Ома

Закон Ома гласит, что электрический ток пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.
Математически закон гласит, что В = IR , где В — разность напряжений, I — ток в амперах, а R — сопротивление в Омах.

Кто изобрел закон Ома?

Закон Ома назван в честь великого немецкого физика и математика Георга Симона Ома. Он родился 16 марта 1789 г.и умер 6 июля 1854 года.

Георг Симон Ом исследовал батарею, изобретенную итальянским ученым Алессандро Вольта.

Он завершил свое исследование формулой, которая утверждает, что ток, протекающий через проводник, прямо пропорционален разности потенциалов ( напряжению ) и обратно пропорционален сопротивлению. Это соотношение известно как закон Ома.

Георг Саймон Ом

Формула закона Ома

Формула закона Ома помогает рассчитать напряжение, ток и сопротивление.

I = V / R ; где

I = Электрический ток, протекающий через резистор
В = падение напряжения на резисторе
R = R сопротивление резистора, измеренное в Омах (Ом)

Понимание закона Ома

В соответствии с законом мы можем утверждать, что:

Большое напряжение и низкое сопротивление создают большой ток.
Большое сопротивление ограничивает ток до низких значений.

Вопрос : Почти каждая электрическая цепь сложнее, чем простая схема с батареей и резистором. Так к какому напряжению относится формула?

Ответ : Ну, это относится к напряжению на резисторе, напряжению между двумя клеммами.

С другой стороны, это напряжение создается резистором.
Резистор ограничивает поток заряда, замедляя его, и это создает пробку с одной стороны, формируя избыток заряда по отношению к другой стороне.

Любая такая разница в заряде или разделение приводит к возникновению напряжения между двумя точками.

Закон Ома говорит нам, как рассчитать это напряжение, если мы знаем номинал резистора и ток. Это падение напряжения аналогично падению давления воды через маленькую трубку или маленькое сопло.

Примеры

Пример-1 : Найдите силу тока в электрической цепи с сопротивлением 100 Ом и напряжением питания 10 Вольт.

Решение :

В = 10 В
R = 100 Ом
I = В / R = 10 В / 100 Ом = 0,1 А = 100 мА

Пример 2 : Найти напряжение, приложенное к резисторам 100 кОм, когда через них протекает ток 5 мА

Решение : V = 100 кОм * 5 мА = 500 В резистора, на котором падает напряжение 100 В при протекании через него тока 50 мА.

Решение : R = 100 В / 50 мА = 200 Ом

Видео: понимание закона Ома

Словарь по электронике

Правила параллельных и последовательных электрических цепей

Зачем изучать электронику

Символы, значения и чертежи электропроводки

Что такое электронная схема?

Что такое плата?

Основы и физика полупроводниковых устройств

Электронные схемы для начинающих

Основные электронные компоненты – типы, функции, символы

Статическое электричество и антистатическая защита (ESD-Safe)

Резонансная схема или резонансная схема в мобильном телефоне

Как производится, передается и распределяется электроэнергия?

Как работает электронная/электрическая схема

Структура атома

Закон

Ом — PubMed

Книга

Кевин М. Тенни ¹ , Майкл Кинаган ²

Источник: StatPearls [Интернет]. Остров сокровищ (Флорида): StatPearls Publishing; 2022 янв.

2022 29 мая .

Принадлежности

¹ Массачусетский технологический институт
² Больница округа Кингс, Университет Св. Георгия

PMID: 28722905
Идентификатор книжной полки: НБК441875

Бесплатные книги и документы

Книга

Кевин М. Тенни и др.

Бесплатные книги и документы

Источник: StatPearls [Интернет]. Остров сокровищ (Флорида): StatPearls Publishing; 2022 янв.

2022 29 мая .

Авторы

Кевин М. Тенни ¹ , Майкл Кинаган ²

Принадлежности

¹ Массачусетский технологический институт
² Больница округа Кингс, Университет Св. Георгия

PMID: 28722905
Идентификатор книжной полки: НБК441875

Выдержка

Закон Ома — это зависимость между тремя физическими явлениями: током, напряжением и сопротивлением. Ток определяется как поток положительного заряда от источника к источнику отрицательного заряда. Единицами тока являются Кл/с для количества заряда (Кл), который проходит в единицу времени (с). Ампер (А) — это общепринятая единица измерения тока, равная 1 Кл/с, а символ тока — I. Ток — это неотъемлемое свойство, поскольку он зависит от других аспектов, таких как размер системы. Чтобы точно сравнить величину тока для разных систем, ток нормализуется по площади или массе системы. Это описывается следующим образом:

Дж = I/A
Дж = I/м

Где J — плотность тока в л/(м·м) или I/г в зависимости от того, как сравниваются системы, I — ток (А), A — площадь поперечного сечения (м·м), а m — масса (г). Обратите внимание, что часто j используется для тока вместо I, чтобы избежать путаницы с мнимыми числами. Поэтому следует обратить внимание на определения символов, так как они могут различаться в каждом конкретном случае.

Напряжение — это еще одна часть закона Ома, определяющая объем работы, необходимой для перемещения заряда. Единицей измерения напряжения является Дж/Кл, что соответствует вездесущей единице Вольт (В). Напряжение измеряет электрический потенциал, которым обладает объект по отношению к заряду. При подаче напряжения над зарядом совершается работа, которая обеспечивает движение заряда. Сумма сбора по сравнению с отдельным сбором, известная как точечный сбор, может быть определена следующим образом:

В = kq/(r·r)

Где V — электрический потенциал (В), k — константа 8,99 E 9 Н·м·м/(Кл·Кл), q — заряд точки (Кл), r — расстояние от точки заряда ( м).

Сопротивление есть противодействие движению заряда. Сопротивление аналогично эффектам трения в текущей воде или скользящем объекте. Единицами сопротивления являются Омы, которые обозначаются заглавной греческой буквой Омега. Для расчета величины сопротивления объекта можно использовать следующее уравнение:

R = Rho·l/A

Где R — сопротивление (Омега), Rho — удельное сопротивление объекта (Омега·м), l — длина объекта (м), а A — площадь поперечного сечения объекта (м·м). Удельное сопротивление для каждого объекта разное и зависит от структуры материала. Расчет удельного сопротивления выходит за рамки этой статьи.

Сопротивление также можно нормализовать, чтобы обеспечить подходящее сравнение в каждом конкретном случае. Нормированное сопротивление определяется по формуле:

R’ = R·A

Где R — нормированное сопротивление (Омега·м·м). Сопротивление, препятствующее прохождению заряда, обратно пропорционально току. Поскольку текущая нормировка относится к единицам площади, нормализация сопротивления умножается на единицы площади поперечного сечения из-за обратной зависимости.

Инверсия сопротивления (1/R) известна как проводимость, которая измеряет способность объекта проводить заряд, выраженный в единицах Сименса (S). Дальнейшее обсуждение проводимости выходит за рамки этой статьи; однако стоит отметить обратную зависимость проводимости от сопротивления.

Учитывая ток, напряжение и сопротивление, закон Ома определяется как:

В = I·R

Анализ размеров необходим для обеспечения согласованности единиц.

Разделы

Вступление
Функция
Проблемы, вызывающие озабоченность
Клиническое значение
Улучшение результатов команды здравоохранения
Обзорные вопросы
использованная литература

Что такое закон Ома и его формулировка

История открытия закона Ома

Физический смысл закона Ома

Применение закона Ома на практике

Ограничения применимости закона Ома