Что такое закон ома определение: Закон Ома определение. Закон Ома для участка цепи

формулировка простыми словами, формула для первого, второго и третьего

Есть такие формулы и законы, которые люди узнают еще в школе, а помнят всю жизнь. Обычно это несложные уравнения, состоящие из двух-трех физических величин и объясняющие какие-то фундаментальные вещи в науке, основу основ. Закон Ома как раз такая штука.

Закон Ома: кто придумал, определение

Закон Ома — это основной закон электродинамики, который выводит взаимосвязь между ключевыми понятиями электрической цепи: силой тока, напряжением и сопротивлением.

Данную взаимозависимость выявил немецкий физик Георг Симон Ом в 1826 году. Несмотря на то, что этот закон является истинным законом природы, точность которого была многократно проверена и доказана позже, публикация работы Ома в 1827 году прошла незамеченной для научной общественности. И лишь в 1830-х гг., когда французский физик Пулье пришел к тем же самым выводам, что и Ом, работа немецкого ученого была оценена по достоинству.

Установление закономерностей между основными параметрами электроцепи имеет огромное значение для науки. Ведь оно позволило количественно измерить свойства электрического тока.

Источник: rusenergetics.ru

Формулировки и основные формулы

Закон Георга Ома формулируется так: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению в проводнике и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника.

Пояснения к закону:

1. Чем выше напряжение в проводнике, тем выше будет и сила тока в этом проводнике.
2. Чем выше сопротивление проводника, тем меньше будет сила тока в нем.

Обозначение основных параметров, характеризующих электроцепь, известны всем с уроков физики в школе:

• I — сила электротока;
• U — напряжение;
• R — сопротивление.

Объяснение закона Ома в классической теории

Формула закона, известная всем со школьных лет, выглядит так:

\(I=\frac UR\)

Из нее легко выводятся формулы для определения \(U\):

\(U\;=I\times R\)

и для определения \(R\):

\(R=\frac UI\)

Единицами измерения силы тока являются амперы, напряжения — вольты, сопротивление измеряется в омах.

Данный закон верен для линейного участка цепи, на котором зафиксировано стабильное сопротивление.

Источник: dzgo.ru

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи

Замкнутой или полной называется такая электрическая цепь, по которой проходит электроток.

Описание формулы этого закона для полной цепи выглядит так:

\(I=\frac\epsilon{R+r}\)

где \(\epsilon\) — это электродвижущая сила или напряжение источника питания, которое не зависит от внешней цепи;

\(R\) — сопротивление внешней цепи;

\(r\) — внутреннее сопротивление источника.

Источник: multiurok.ru

Использование закона Ома при параллельном и последовательном соединении

При последовательном соединении элементы цепи подключаются друг за другом последовательно. Так как такая электрическая цепь является неразветвленной, сила тока на каждом ее участке будет одинаковая. Пример последовательного соединения — лампочки в новогодней гирлянде.

При последовательном соединении элементов основные параметры электроцепи рассчитываются следующим образом:

• Сила тока по формуле: 

\(I=I_1=I_2=I_3\)

Где \(I\) — общая сила тока в электроцепи, \(I_1\) — сила тока первого участка, \(I_2\) — сила тока второго участка, \(I_3\) — сила тока третьего участка.

• Напряжение по формуле:

\(U=U_1+U_2+U_3\)

Где \(U\) — общее напряжение, \(U_1\) — напряжение первого участка, \(U_2\) — напряжение второго участка, \(U_3\) — напряжение третьего участка.

•  Сопротивление согласно формуле:

\(R=R_1+R_2+R_3\)

Где \(R\) — общее сопротивление в цепи, \(R_1\) — сопротивление первого участка, \(R_2\) — сопротивление второго участка, \(R_3\) — сопротивление третьего участка.

Подключая элементы в цепь параллельно, получают разветвленную электрическую цепь. Примером такого соединения является стандартная разводка электричества по квартире, когда в комнате одновременно можно включить несколько предметов бытовой техники и верхнее освещение.

При параллельном соединении элементов основные параметры электроцепи рассчитываются следующим образом:

\(I=I_1+I_2+I_3\)

Где \(I\) — общая сила тока в электроцепи, \(I_1, I_2, I_3\) — сила тока первого, второго и третьего участков соответственно.

\(U=U_1=U_2+U_3\)

Где \(U\) — общее напряжение, \(U_1, U_2, U_3\) — напряжение первого, второго и третьего участков соответственно.

• Сопротивление:

\(R=\frac{R_1\times R_2\times R_3}{R_1+R_2+R_3}\)

Где \(R\) — общее сопротивление в цепи, \(R_1, R_2, R_3\) — сопротивление первого, второго и третьего участков соответственно.

Закон Ома для переменного и постоянного тока

Для цепи постоянного тока правильными будут уже озвученные нами взаимосвязи основных параметров электроцепи:

Источник: en.ppt-online.org

При подключении к электроцепи источника переменного тока, сила электротока в цепи будет определяться по формуле:

\(I=\frac UZ\)

где \(Z\) — полное сопротивление или импеданс, который состоит из активной \((R)\) и реактивных составляющих (\(X_C\) — сопротивление емкости и \(X_L\) — сопротивление индуктивности).

Реактивное сопротивление цепи зависит:

• от значений реактивных элементов, 
• от частоты электротока;
• от формы тока в цепи. 

 

Источник: fizikaotfizika.ru

Закон Ома для однородного и неоднородного участка цепи

Закон Ома для однородного участка электроцепи представляет собой классическое выражение зависимости силы от напряжения и сопротивления:

\(I=\frac UR\)

В этом случае основной характеристикой проводника является сопротивление. От внешнего вида проводника зависит, как выглядит его кристаллическая решетка и какое количество атомов примесей содержит. От проводника зависит поведение электронов, которые могут ускоряться или замедляться.

Поэтому \(R\) зависит от вида проводника, точнее, от его сечения, длины и материала и определяется по формуле:

\(R=p\times\left(\frac lS\right)\)

где \(p\) — удельное сопротивление, \( l\) — это длина проводника, а \(S\) — площадь его сечения.

Под неоднородным участком цепи постоянного тока подразумевается такой промежуток цепи, на который помимо электрических зарядов воздействуют другие силы.

Источник: grabachapter.com

Как можно было убедиться, закон, открытый Георгом Омом, прост только на первый взгляд. Разобраться во всех тонкостях самостоятельно под силу далеко не каждому. Если столкнулись с трудностями в учебе и сложными для понимания темами, обращайтесь за помощью к образовательному ресурсу Феникс.Хелп. Квалифицированные эксперты помогут сдать в срок самую сложную работу.

простое объяснение для чайников с формулой и понятиями

 

Говорят: «не знаешь закон Ома – сиди дома». Так давайте же узнаем (вспомним), что это за закон, и смело пойдем гулять.

Основные понятия закона Ома

Как понять закон Ома? Нужно просто разобраться в том, что есть что в его определении. И начать следует с определения силы тока, напряжения и сопротивления.

Сила тока I

Пусть в каком-то проводнике течет ток. То есть, происходит направленное движение заряженных частиц – допустим, это электроны. Каждый электрон обладает элементарным электрическим зарядом (e= -1,60217662 × 10

-19 Кулона). В таком случае через некоторую поверхность за определенный промежуток времени пройдет конкретный электрический заряд, равный сумме всех зарядов протекших электронов.

Отношение заряда к времени и называется силой тока. Чем больший заряд проходит через проводник за определенное время, тем больше сила тока. Сила тока измеряется в Амперах.

Напряжение U, или разность потенциалов

Это как раз та штука, которая заставляет электроны двигаться. Электрический потенциал характеризует способность поля совершать работу по переносу заряда из одной точки в другую. Так, между двумя точками проводника существует разность потенциалов, и электрическое поле совершает работу по переносу заряда.

Физическая величина, равная работе эффективного электрического поля при переносе электрического заряда, и называется напряжением. Измеряется в

Вольтах. Один Вольт – это напряжение, которое при перемещении заряда в 1 Кл совершает работу, равную 1 Джоуль.

Сопротивление R

Ток, как известно, течет в проводнике. Пусть это будет какой-нибудь провод. Двигаясь по проводу под действием поля, электроны сталкиваются с атомами провода, проводник греется, атомы в кристаллической решетке начинают колебаться, создавая электронам еще больше проблем для передвижения. Именно это явление и называется сопротивлением. Оно зависит от температуры, материала, сечения проводника и измеряется в Омах.

 

Памятник Георгу Симону Ому

 

Формулировка и объяснение закона Ома

Закон немецкого учителя Георга Ома очень прост. Он гласит:

Сила тока на участке цепи прямо пропорционально напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Георг Ом вывел этот закон экспериментально (эмпирически) в 1826 году. Естественно, чем больше сопротивление участка цепи, тем меньше будет сила тока. Соответственно, чем больше напряжение, тем и ток будет больше.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Данная формулировка закона Ома – самая простая и подходит для участка цепи. Говоря «участок цепи» мы подразумеваем, что это однородный участок, на котором нет источников тока с ЭДС. Говоря проще, этот участок содержит какое-то сопротивление, но на нем нет батарейки, обеспечивающей сам ток.

Если рассматривать закон Ома для полной цепи, формулировка его будет немного иной.

Пусть  у нас есть цепь, в ней есть источник тока, создающий напряжение, и какое-то сопротивление.

Закон запишется в следующем виде:

Объяснение закона Ома для полой цепи принципиально не отличается от объяснения для участка цепи. Как видим, сопротивление складывается из собственно сопротивления и внутреннего сопротивления источника тока, а вместо напряжения в формуле фигурирует электродвижущая сила источника.

Кстати, о том, что такое что такое ЭДС, читайте в нашей отдельной статье.

Как понять закон Ома?

Чтобы интуитивно понять закон Ома, обратимся к аналогии представления тока в виде жидкости. Именно так думал Георг Ом, когда проводил опыты, благодаря которым был открыт закон, названный его именем.

Представим, что ток – это не движение частиц-носителей заряда в проводнике, а движение потока воды в трубе.  Сначала воду насосом поднимают на водокачку, а оттуда, под действием потенциальной энергии, она стремиться вниз и течет по трубе. Причем, чем выше насос закачает воду, тем быстрее она потечет в трубе.

Отсюда следует вывод, что скорость потока воды (сила тока в проводе) будет тем больше, чем больше потенциальная энергия воды (разность потенциалов)

Сила тока прямо пропорциональна напряжению.

Теперь обратимся к сопротивлению. Гидравлическое сопротивление – это сопротивление трубы, обусловленное ее диаметром и шероховатостью стенок. Логично предположить, что чем больше диаметр, тем меньше сопротивление трубы, и тем большее количество воды (больший ток) протечет через ее сечение.

Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.

Такую аналогию можно проводить лишь для принципиального понимания закона Ома, так как его первозданный вид – на самом деле довольно грубое приближение, которое, тем не менее, находит отличное применение на практике.

В действительности, сопротивление вещества обусловлено колебанием атомов кристаллической решетки, а ток – движением свободных носителей заряда. В металлах свободными носителями являются электроны, сорвавшиеся с атомных орбит.

 

Ток в проводнике

 

В данной статье мы постарались дать простое объяснение закона Ома. Знание этих на первый взгляд простых вещей может сослужить Вам неплохую службу на экзамене. Конечно, мы привели его простейшую формулировку закона Ома и не будем сейчас лезть в дебри высшей физики, разбираясь с активным и реактивным сопротивлениями и прочими тонкостями.

Если у Вас возникнет такая необходимость, Вам с удовольствием помогут сотрудники нашего студенческого сервиса. А напоследок предлагаем Вам посмотреть интересное видео про закон Ома. Это действительно познавательно!

Закон Ома простыми словами | Статьи ЦентрЭнергоЭкспертизы

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.

1. 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).
2. 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.
3. 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.

Смотрите также другие статьи :

Как сопротивление влияет на падение напряжения?

Предположим такой отрезок кабеля понадобится для питания нагрузки током в 10 А, соответственно падение напряжения на кабеле составит почти 12 В. Для сети 220 В такая разница мало критична и в худшем случае может грозить незначительная потеря мощности.

Подробнее…

На что влияет направление вращения фаз

По сути, это направление, в котором должно вращаться магнитное поле, определяющее направление вращения ротора в трехфазных асинхронных электродвигателях. На практике мы видим, что направление вращения ротора в асинхронных двигателях очень просто поменять переменой всего двух фаз местами, при этом меняется чередование фаз с прямой на обратную последовательность.

Подробнее…

Закон Ома ? для участка цепи, формула. Закон Ома ? в дифференциальной форме для полной цепи и её участка

Автор Даниил Леонидович На чтение 5 мин. Просмотров 5.2k. Опубликовано 18 ноября Обновлено 18 ноября

Физический закон ома получен путём экспериментов. 3 формулировки ома – одни из основополагающих в физике, устанавливающие связь между электротоком, сопротивлением и энергонапряжением. Год открытия – 1826. Впервые все 3 физических закона ома сформулировал физик-экспериментатор немецкого происхождения Георг Ом, с фамилией которого связано их определение.

Мнемоническая схема

Согласно мнемосхеме, чтобы высчитать электросопротивление по закону ома для участка цепи постоянного тока, необходимо комплексное напряжение на участке цепи разделить на силу тока для полной цепи. Однако, с физико-математической точки зрения, формулу ома для участка цепи для вычисления только по первому закону ома принято считать неполной.

Альтернативный способ вычислить токовое сопротивление по закону ома кратко подразумевает умножение электросопротивления материи, из которой выполнен проводник, на длину с последующим делением на площадь пересекающегося сечения.

Для выполнения вычислений сформулируйте по закону ома для участка цепи уравнение, исходя из имеющихся числовых данных:

Применение на линии электропередач

В процессе доставки на линию электропередач потери энергии должны быть минимизированы. Причиной энергетических потерь является нагрев провода, во время которого энергия электротока превращается в теплоэнергию.

Чтобы дать определение по закону ома потерянной мощности, необходимо показатель электрической мощности во второй степени умножить на внутреннее сопротивление источника напряжения и разделить на ЭДС в квадрате.

Из этого следует, что рост потери энергомощности осуществляется пропорционально протяжённости линии электропередач и квадрату электродвижущей силы.

Поскольку электродвижущую силу ограничивает прочность обмотки генератора, то повышение энергонапряжения возможно после того, как из генератора выйдет электроток, на участке входа линии.

Переменный ток легче всего распределяется по линии через трансформатор. Однако, поскольку следствием повышения энергонапряжения является потеря коронирования, а надёжность изоляции обеспечивается с трудом, напряжение на участке цепи протяжённой линии электропередач не превышает миллиона вольт.

Внимание!

Поведение линии электропередач в пространстве подобно антенне, ввиду чего берётся во внимание потеря на излучение.

Отображение в дифференциальной форме

На подсчёт сопротивления влияет тип материи, по которой протекает электроток, а также геометрические габариты проводника.

Дифференциальная форма формулировки Ома, записывающаяся достаточно кратко, отображает электропроводящие характеристики изотропных материалов и заключается в умножении удельной проводимости на вектор напряжённости электрополя с целью вычисления вектора плотности энерготока.

Для выполнения требуемых вычислений, уравнение сформулируйте по закону ома:

Интересно!

Если исходить из научных данных, следует сделать вывод о законе ома в дифференциальной форме об отсутствии зависимого соотношения геометрических габаритов.

При использовании анизотропеновых электроэлементов нередко встречается несовпадение вектора плотности токового энергонапряжения. Данное суждение справедливо для закона ома в интегральной и дифференциальной формах.

Переменный ток

Величины являются комплексными, если речь идёт о синусоидальных формах энерготока с циклической частотой, в цепях которых присутствуют активная ёмкость с индуктивностью.

В перечень комплексных величин входят:

• разность между потенциалами;
• сила тока;
• комплексное электросопротивление;
• модуль импеданса;
• разность индуктивного и ёмкостного сопротивлений;
• омическое электросопротивление;
• фаза импеданса.

Если несинусоидальный энерготок допустимо измерить временными показателями, закон ома для неполной электрической цепи может быть представлен в виде сложенных синусоидальных Фурье-компонентов. В линейной цепи составные элементы фурье-разложения являются независимо функционирующими. В нелинейных цепях образуются гармоники и множество колебаний. Таким образом, можно сделать вывод о невозможности выполнения правила Ома для нелинейной электроцепи.

Внимание!

Гармоника – это колебание, частота которого кратна частоте напряжения.

Как трактуется правило Ома

Так как обобщённая формула ома не считается основополагающей, правило применяется для описания разновидностей проводников в условиях приближения незначительной частоты, плотности тока и напряжения электрополя. Следует отметить, что в ряде случаев как первый закон, так и второй закон, применяемый для полной цепи, не соблюдаются.

Существует теория Друде, для выражения которой используются следующие величины:

• удельная электропроводимость;
• концентрированное размещение электронов;
• показатель элементарного заряда;
• время затихания по импульсам;
• эффективная масса электрона.

Внимание!

Все формулы Ома – первый, второй физический закон ома и третий распространяются на омические компоненты.

Перечень условий, при которых становится невозможным соблюдения правила Ома:

1. высокие частоты с чрезмерно большой скоростью изменения электротока;
2. пониженная температура сверхпроводимого вещества;
3. перегрев проводника проходящим электротоком;
4. в ситуации пробоя, возникшего в результате подсоединения к проводниковому элементу высокого напряжения;
5. в вакуумной или газонаполненной электролампе;
6. для гетерогенного полупроводникового прибора;
7. при образовании пространственного диэлектрического заряда в контакте металлического диэлектрика.

Интерпретация

Определяющаяся действием приложенного напряжения мощностная сила тока является пропорциональной показателю его напряжения. К примеру, при двойном увеличении приложенного напряжения, интенсивность постоянного тока также удваивается.

Интересно!

Наиболее часто правило Ома применяется для металла и керамики.

Методы запоминания формулы

Чтобы легче запомнить формулу расчёта напряжения на участке цепи, следует выписать на бумажном листе все величины, из которых она состоит, в которую также входит сопротивление и сила тока. Искомую величину закрыть пальцем, вследствие чего соотношение оставшихся величин будет отображать действие, которое необходимо совершить для её вычисления.

Ниже будет представлено видео с подробным объяснением всех правил и формул, относящихся к рассматриваемой теме.

Закон Ома – один из самых несложных для понимания, который входит в программу школьных учебников физики начального уровня. Пользуясь графическим приёмом расчёта величин – при необходимости или для самопроверки, можно получить безошибочные результаты вычислений.

Закон Ома для электрической цепи

Электрический ток, как и любое другое физическое явление подчиняется определенным законам. Так, в 1826 году, Георг Ом вывел эмпирический закон, который способен объяснить зависимость силы тока, напряжения, а также особенностей проводника в электроцепи. В дальнейшем вносились определенные изменения, сам закон Ома для электрической цепи модифицировался, и на данный момент ученые его интерпретируют в четырех вариантах, которые мы и рассмотрим.

В ходе практических исследований, на их базе, ученый смог определить зависимость силы тока и напряжения от специфики проводника, по которому протекает ток. Если быть точнее, то каждый материал имеет определенное сопротивление и на определенном участке цепи, сила тока вычисляется отношением напряжения и сопротивления.

I = U/ R,

где I – сила тока, U – напряжение, R – сопротивление проводника.

Фактически, этот закон аналогичен прохождению воды по трубам: чем больше диаметр трубы и напор, тем больше ее выльется в конечной точке.

Закон Ома для замкнутой цепи

Подобная интерпретация подразумевает наличие источника питания, а также проводника, по которому протекает ток. В этом случае, помимо сопротивления на отдельно взятом участке следует учитывать и то, которое возникает в ИП. Учитывая эти факторы, можно сказать, что сила тока будет равна отношению электродвижущей силы к сумме сопротивлений.

I = E/ Rвн+r,

где Е – ЭДС, Rвн – внешнее сопротивление, а r соответственно внутреннее.

Закон Ома для замкнутой цепи можно объяснить доступным языком. Электродвижущая сила по определению должна полноценно обеспечивать постоянную разницу потенциалов, и эта сила может иметь неприродное происхождение: химическое, если в качестве источника используется батарейка или механическая, в случае подключения к электрической цепи генератора. При подключении медной проволоки с идентичным сечением к батарейке и аккумулятору. Эффект должен быть таким, что по этому проводнику, в котором сопротивление практически отсутствует, должен пойти ток с величиной, стремящейся к бесконечности. Однако этого не происходит и разница в показателях будет существенной, а во втором случае, проволока и вовсе может перегореть. Именно поэтому в расчет берется внутреннее сопротивление источника питания, чтобы описать подобное явление.

Закон ома для неоднородного участка цепи

Перед тем, как записать формулу для подобной интерпретации закона, следует разобраться в таких понятиях, как линейные и нелинейные участки цепи.

Если сопротивление никаким образом не зависит от тока и подаваемого напряжения, то с ростом второго параметра, первый будет прямо пропорционально возрастать и наоборот, то есть зависимость можно описать прямой линией. Подобная зависимость относится к линейным участкам цепи и сопротивление имеет аналогичное название.

Однако вышеизложенный вариант считается идеальным и его можно смоделировать лишь в идеальных условиях, что фактически невозможно, ведь, как минимум, окружающая среда вносит свои коррективы. В этом случае, рост напряжения не будет прямо пропорциональным силе тока и на графике зависимость будет изображаться в виде кривой.

На рисунке изображено два графика, первый из которых описывает линейную зависимость, а второй нелинейную.

Чтобы отчетливо понимать разницу между этими понятиями, рассмотрим принцип работы обычной электрической лампы накаливания. При прохождении тока по нити, температура в значительной степени повышается, что приводит к заметному росту сопротивления. Соответственно, при возрастании напряжения, сила тока будет увеличиваться медленнее, то есть не линейно.

Примечание: в некоторых ситуациях, некоторыми внешними факторами пренебрегают по причине того, что они очень незначительны и в числовом эквиваленте никоим образом не могут повлиять на общую картину. Это значит, что нелинейная зависимость на графике фактически совпадает с линейной.

Учитывая вышесказанное, можно установить следующую зависимость:

I = U/ R = (f1 – f2) + E/ R,

Где f1 и f2 – потенциалы (соответственно f1 – f2 называется разницей потенциалов), E – ЭДС неоднородного участка цепи, а R – суммарное сопротивление на этом же участке.

Нужно упомянуть и о том, что электродвижущая сила не всегда в этом случае будет иметь положительное значение. Если направление тока источника будет аналогичным с направлением в электрической сети, протонов будет больше, чем электронов (положительных и отрицательных частиц), то в этом случае величина E будет иметь значение со знаком «+», в иной ситуации, этот параметр будет со знаком «-».

Закон Ома для переменного тока

Если в электроцепи имеется емкость или инертность, то этот факт следует однозначно учитывать при расчётах силы тока. Они имеют собственные показатели сопротивления, что приводит к ситуации, которая будет иметь переменный характер. В случае Закона Ома для переменного тока формула записывается следующим образом:

I = U/ Z, где

I – сила тока, U – напряжение, а Z – суммарное значение сопротивления на всех участках электрической цепи (этот параметр именуется еще, как импеданс).

Как говорилось изначально, закон Ома считается эмпирическим. Это обозначает то, что он может не всегда работать и выполнять вычисления на его основе не представляется возможным. Подобная ситуация может сложиться в нескольких случаях:

• в ситуации, когда электросеть имеет высокую частоту и электромагнитное поле может сильно изменяться за короткие промежутки времени;
• при наличии проводников, которые обладают свойствами сверхпроводимости, расположенных в условиях низких температурных показателей;
• при перегреве проводника под воздействием проходящего по нему тока, отношение напряжения и сопротивления может носить переменный, неоднородный характер;
• если проводник (диэлектрик) находится под высоким напряжением;
• светодиодных лампах;
• в полупроводниках и аналогичных устройствах.

На основе этого закона, можно произвести вывод некоторых формул математическим путем. С их помощью можно производить разнообразные расчеты.

Поделиться ссылкой:

Похожее

Закон Ома

На рисунке показана схема знакомой вам простейшей электрической цепи. Эта замкнутая цепь состоит из трех элементов:

• источника напряжения – батареи GB;
• потребителя тока – нагрузки R, которой может быть, например, нить накала электрической лампы или резистор;
• проводников, соединяющих источник напряжения с нагрузкой.

Схема простейшей электрической цепи.

Между прочим, если эту цепь дополнить выключателем, получится полная схема карманного электрического фонаря. Нагрузка R, обладающая определенным сопротивлением, является участком цепи.

Значение тока на этом участке цепи зависит от действующего на нем напряжения и его сопротивления: чем больше напряжение и меньше сопротивление, тем большим ток будет идти по участку цепи.

Эта зависимость тока от напряжения и сопротивления выражается следующей формулой:

I = U/R, где

• I – ток, выраженный в амперах, А;
• U – напряжение в вольтах, В;
• R – сопротивление в омах, Ом.

Зависимость силы тока от напряжения.

Читается это математическое выражение так: ток на участке цепи прямо пропорционален напряжению на нем и обратно пропорционален его сопротивлению. Это основной закон электротехники, именуемый законом Ома (по фамилии Г. Ома) для участка электрической цепи. Используя закон Ома, можно по двум известным электрическим величинам узнать неизвестную третью. Вот несколько примеров практического применения закона Ома:

1. Первый пример. На участке цепи, обладающем сопротивлением 5 Ом, действует напряжение 25 В. Надо узнать значение тока на этом участке цепи. Решение: I = U/R = 25 / 5 = 5 А.
2. Второй пример. На участке цепи действует напряжение 12 В, создавая в нем ток, равный 20 мА. Каково сопротивление этого участка цепи? Прежде всего ток 20 мА нужно выразить в амперах. Это будет 0,02 А. Тогда R = 12 / 0,02 = 600 Ом.
3. Третий пример. Через участок цепи сопротивлением 10 кОм течет ток 20 мА. Каково напряжение, действующее на этом участке цепи? Здесь, как и в предыдущем примере, ток должен быть выражен в амперах (20 мА = 0,02 А), сопротивление в омах (10 кОм = 10000 Ом). Следовательно, U = IR = 0,02×10000 = 200 В.

На цоколе лампы накаливания плоского карманного фонаря выштамповано: 0,28 А и 3,5 В. О чем говорят эти сведения? О том, что лампочка будет нормально светиться при токе 0,28 А, который обусловливается напряжением 3,5 В. Пользуясь законом Ома, нетрудно подсчитать, что накаленная нить лампочки имеет сопротивление R = 3,5 / 0,28 = 12,5 Ом.

Это сопротивление именно накаленной нити лампочки, сопротивление остывшей нити значительно меньше. Закон Ома справедлив не только для участка, но и для всей электрической цепи. В этом случае в значение R подставляется суммарное сопротивление всех элементов цепи, в том числе и внутреннее сопротивление источника тока. Однако при простейших расчетах цепей обычно пренебрегают сопротивлением соединительных проводников и внутренним сопротивлением источника тока.

В связи с этим нужно привести еще один пример: напряжение электроосветительной сети 220 В. Какой ток потечет в цепи, если сопротивление нагрузки равно 1000 Ом? Решение: I = U/R = 220 / 1000 = 0,22 А. Примерно такой ток потребляет электрический паяльник.

Закон Ома для участка цепи.

Всеми этими формулами, вытекающими из закона Ома, можно пользоваться и для расчета цепей переменного тока, но при условии, если в цепях нет катушек индуктивности и конденсаторов.

Закон Ома и производные от него расчетные формулы достаточно легко запомнить, если пользоваться вот этой графической схемой, это так называемый треугольник закона Ома.

Пользоваться этим треугольником легко, достаточно четко запомнить, что горизонтальная линия в нем означает знак деления (по аналогии дробной черты), а вертикальная линия означает знак умножения.

Теперь следует рассмотреть такой вопрос: как влияет на ток резистор, включаемый в цепь последовательно с нагрузкой или параллельно ей? Лучше разобрать это на примере. Имеется лампочка от круглого электрического, фонаря, рассчитанная на напряжение 2,5 В и ток 0,075 А. Можно ли питать эту лампочку от батареи 3336Л, начальное напряжение которой 4,5 В?

Нетрудно подсчитать, что накаленная нить этой лампочки имеет сопротивление немногим больше 30 Ом. Если же питать ее от свежей батареи 3336Л, то через нить накала лампочки, по закону Ома, пойдет ток, почти вдвое превышающий тот ток, на который она рассчитана. Такой перегрузки нить не выдержит, она перекалится и разрушится. Но эту лампочку все же можно питать от батареи 336Л, если последовательно в цепь включить добавочный резистор сопротивлением 25 Ом.

В этом случае общее сопротивление внешней цепи будет равно примерно 55 Ом, то есть 30 Ом – сопротивление нити лампочки Н плюс 25 Ом – сопротивление добавочного резистора R. В цепи, следовательно, потечет ток, равный примерно 0,08 А, то есть почти такой же, на который рассчитана нить накала лампочки.

Закон Ома для полной цепи.

Эту лампочку можно питать от батареи и с более высоким напряжением и даже от электроосветительной сети, если подобрать резистор соответствующего сопротивления. В этом примере добавочный резистор ограничивает ток в цепи до нужного нам значения. Чем больше будет его сопротивление, тем меньше будет и ток в цепи. В данном случае в цепь было включено последовательно два сопротивления: сопротивление нити лампочки и сопротивление резистора. А при последовательном соединении сопротивлений ток одинаков во всех точках цепи.

Можно включать амперметр в любую точку, и всюду он будет показывать одно значение. Это явление можно сравнить с потоком воды в реке. Русло реки на различных участках может быть широким или узким, глубоким или мелким. Однако за определенный промежуток времени через поперечное сечение любого участка русла реки всегда проходит одинаковое количество воды.

Добавочный резистор, включаемый в цепь последовательно с нагрузкой, можно рассматривать как резистор, «гасящий» часть напряжения, действующего в цепи. Напряжение, которое гасится добавочным резистором или, как говорят, падает на нем, будет тем большим, чем больше сопротивление этого резистора. Зная ток и сопротивление добавочного резистора, падение напряжения на нем легко подсчитать все по той же знакомой вам формуле U = IR, здесь:

• U – падение напряжения, В;
• I – ток в цепи, A;
• R – сопротивление добавочного резистора, Ом.

Применительно к примеру резистор R (см. рис.) погасил избыток напряжения: U = IR = 0,08×25 = 2 В. Остальное напряжение батареи, равное приблизительно 2,5 В, упало на нити лампочки. Необходимое сопротивление резистора можно найти по другой знакомой вам формуле R = U/I, где:

• R – искомое сопротивление добавочного резистора, Ом;
• U – напряжение, которое необходимо погасить, В;
• I – ток в цепи, А.

Для рассматриваемого примера сопротивление добавочного резистора равно: R = U/I = 2/0,075, 27 Ом. Изменяя сопротивление, можно уменьшать или увеличивать напряжение, которое падает на добавочном резисторе, таким образом регулируя ток в цепи. Но добавочный резистор R в такой цепи может быть переменным, то есть резистором, сопротивление которого можно изменять (см. рис. ниже).

Регулирование тока в цепи с помощью переменного резистора.

В этом случае с помощью движка резистора можно плавно изменять напряжение, подводимое к нагрузке Н, а значит, плавно регулировать ток, протекающий через эту нагрузку. Включенный таким образом переменный резистор называют реостатом. С помощью реостатов регулируют токи в цепях приемников, телевизоров и усилителей. Во многих кинотеатрах реостаты использовали для плавного гашения света в зрительном зале. Есть и другой способ подключения нагрузки к источнику тока с избыточным напряжением – тоже с помощью переменного резистора, но включенного потенциометром, то есть делителем напряжения, как показано на рисунке ниже.

Регулирование напряжения на нагрузке R2 с помощью переменного резистора включенного в электрическую цепь потенциометром.

Здесь R1 – резистор, включенный потенциометром, a R2 – нагрузка, которой может быть та же лампочка накаливания или какой-то другой прибор. На резисторе R1 происходит падение напряжения источника тока, которое частично или полностью может быть подано к нагрузке R2. Когда движок резистора находится в крайнем нижнем положении, к нагрузке напряжение вообще не подается (если это лампочка, она гореть не будет).

Закон Ома: схема и теория.

По мере перемещения движка резистора вверх мы будем подавать все большее напряжение к нагрузке R2 (если это лампочка, ее нить будет накаливаться). Когда же движок резистора R1 окажется в крайнем верхнем положении, к нагрузке R2 будет подано все напряжение источника тока (если R2 – лампочка карманного фонаря, а напряжение источника тока большое, нить лампочки перегорит). Можно опытным путем найти такое положение движка переменного резистора, при котором к нагрузке будет подано необходимое ей напряжение.

Переменные резисторы, включаемые потенциометрами, широко используют для регулирования громкости в приемниках и усилителях. Резистор может быть непосредственно подключен параллельно нагрузке. В таком случае ток на этом участке цепи разветвляется и идет двумя параллельными путями: через добавочный резистор и основную нагрузку. Наибольший ток будет в ветви с наименьшим сопротивлением.

Сумма же токов обеих ветвей будет равна току, расходуемому на питание внешней цепи. К параллельному соединению прибегают в тех cлучаях, когда надо ограничить ток не во всей цепи, как при последовательном включении добавочного резистора, а только на каком-то участке. Добавочные резисторы подключают, например, параллельно миллиамперметрам, чтобы ими можно было измерять большие токи. Такие резисторы называют шунтирующими или шунтами. Слово шунт означает ответвление.

Закон Ома. Для цепей и тока. Формулы и применение

Георг Симон Ом начал свои исследования вдохновляясь знаменитым трудом Жана Батиста Фурье «Аналитическая теория тепла». В этой работе Фурье представлял тепловой поток между двумя точками как разницу температур, а изменение теплового потока связывал с его прохождением через препятствие неправильной формы из теплоизолирующего материала. Аналогично этому Ом обуславливал возникновение электрического тока разностью потенциалов.

История

Исходя из этого Ом стал экспериментировать с разными материалами проводника. Для того, чтобы определить их проводимость он подключал их последовательно и подгонял их длину таким образом, чтобы сила тока была одинаковой во всех случаях.

Важно при таких измерениях было подбирать проводники одного и того же диаметра. Ом, замеряя проводимость серебра и золота, получил результаты, которые по современным данным не отличаются точностью. Так, серебряный проводник у Ома проводил меньше электрического тока, чем золотой. Сам Ом объяснял это тем, что его проводник из серебра был покрыт маслом и из-за этого, по всей видимости, опыт не дал точных результатов.

Однако не только с этим были проблемы у физиков, которые в то время занимались подобными экспериментами с электричеством. Большие трудности с добычей чистых материалов без примесей для опытов, затруднения с калибровкой диаметра проводника искажали результаты тестов. Еще большая загвоздка состояла в том, что сила тока постоянно менялась во время испытаний, поскольку источником тока служили переменные химические элементы. В таких условиях Ом вывел логарифмическую зависимость силы тока от сопротивления провода.

Немногим позже немецкий физик Поггендорф, специализировавшийся на электрохимии, предложил Ому заменить химические элементы на термопару из висмута и меди. Ом начал свои эксперименты заново. В этот раз он пользовался термоэлектрическим устройством, работающем на эффекте Зеебека в качестве батареи. К нему он последовательно подключал 8 проводников из меди одного и того же диаметра, но различной длины. Чтобы измерить силу тока Ом подвешивал с помощью металлической нити над проводниками магнитную стрелку. Ток, шедший параллельно этой стрелке, смещал ее в сторону. Когда это происходило физик закручивал нить до тех пор, пока стрелка не возвращалась в исходное положение. Исходя из угла, на который закручивалась нить можно было судить о значении силы тока.

В результате нового эксперимента Ом пришел к формуле:

Х = a / b + l

Здесь X – интенсивность магнитного поля провода, l – длина провода, a – постоянная величина напряжения источника, b – постоянная сопротивления остальных элементов цепи.

Если обратиться к современным терминам для описания данной формулы, то мы получим, что Х – сила тока, а – ЭДС источника, b + l – общее сопротивление цепи.

Закон Ома для участка цепи

Закон Ома для отдельного участка цепи гласит: сила тока на участке цепи увеличивается при возрастании напряжения и уменьшается при возрастании сопротивления этого участка.

I = U / R

Исходя из этой формулы, мы можем решить, что сопротивление проводника зависит от разности потенциалов. С точки зрения математики, это правильно, но ложно с точки зрения физики. Эта формула применима только для расчета сопротивления на отдельном участке цепи.

Чтобы рассчитать сопротивление проводника, нужно перемножить его длину на удельное сопротивление его материала и разделить на площадь поперечного сечения.

Таким образом формула для расчета сопротивления проводника примет вид:

R = p ⋅ l / s

Закон Ома для полной цепи

Отличие закона Ома для полной цепи от закона Ома для участка цепи заключается в том, что теперь мы должны учитывать два вида сопротивления. Это «R» сопротивление всех компонентов системы и «r» внутреннее сопротивление источника электродвижущей силы. Формула таким образом приобретает вид:

I = U / R + r

Закон Ома для переменного тока

Переменный ток отличается от постоянного тем, что он изменяется с определенными временными периодами. Конкретно он изменяет свое значение и направление. Чтобы применить закон Ома здесь нужно учитывать, что сопротивление в цепи с постоянным током может отличатся от сопротивления в цепи с током переменным. И отличается оно в том случае если в цепи применены компоненты с реактивным сопротивлением. Реактивное сопротивление может быть индуктивным (катушки, трансформаторы, дроссели) и емкостными (конденсатор).

Попробуем разобраться, в чем реальная разница между реактивным и активным сопротивлением в цепи с переменным током. Вы уже должны были понять, что значение напряжение и силы тока в такой цепи меняется со временем и имеют, грубо говоря, волновую форму.

Если мы схематически представим, как с течением времени меняются эти два значения, у нас получится синусоида. И напряжение, и сила тока от нуля поднимаются до максимального значения, затем, опускаясь, проходят через нулевое значение и достигают максимального отрицательного значения. После этого снова поднимаются через нуль до максимального значения и так далее. Когда говорится, что сила тока или напряжение имеет отрицательное значение, здесь имеется ввиду, что они движутся в обратном направлении.

Весь процесс происходит с определенной периодичностью. Та точка, где значение напряжения или силы тока из минимального значения поднимаясь к максимальному значению проходит через нуль называется фазой.

На самом деле, это только предисловие. Вернемся к реактивному и активному сопротивлению. Отличие активного сопротивления от реактивного в том, что в цепи с активным сопротивлением фаза тока совпадает с фазой напряжения. То есть, и значение силы тока, и значение напряжения достигают максимума в одном направлении одновременно. В таком случае наша формула для расчета напряжения, сопротивления или силы тока не меняется.

Если же цепь содержит реактивное сопротивление, фазы тока и напряжения сдвигаются друг от друга на ¼ периода. Это означает, что, когда сила тока достигнет максимального значения, напряжение будет равняться нулю и наоборот. Когда применяется индуктивное сопротивление, фаза напряжения «обгоняет» фазу тока. Когда применяется емкостное сопротивление, фаза тока «обгоняет» фазу напряжения.

Формула для расчета падения напряжения на индуктивном сопротивлении:

U = I ⋅ ωL

Где L – индуктивность реактивного сопротивления, а ω – угловая частота (производная по времени от фазы колебания).

Формула для расчета падения напряжения на емкостном сопротивлении:

U = I / ω ⋅ С

С – емкость реактивного сопротивления.

Эти две формулы – частные случаи закона Ома для переменных цепей.

Полный же будет выглядеть следующем образом:

I = U / Z

Здесь Z – полное сопротивление переменной цепи известное как импеданс.

Сфера применения

Закон Ома не является базовым законом в физике, это лишь удобная зависимость одних значений от других, которая подходит почти в любых ситуациях на практике. Поэтому проще будет перечислить ситуации, когда закон может не срабатывать:

• Если есть инерция носителей заряда, например, в некоторых высокочастотных электрических полях;
• В сверхпроводниках;
• Если провод нагревается до такой степени, что вольтамперная характеристика перестает быть линейной. Например, в лампах накаливания;
• В вакуумных и газовых радиолампах;
• В диодах и транзисторах.

Похожие темы:

Что такое закон Ома? | Fluke

Закон Ома — это формула, используемая для расчета взаимосвязи между напряжением, током и сопротивлением в электрической цепи.

Для изучающих электронику закон Ома (E = IR) столь же фундаментально важен, как уравнение относительности Эйнштейна (E = mc²) для физиков.

E = I x R

Когда прописано, это означает напряжение = ток x сопротивление , или вольт = амперы x ом , или В = A x Ω .

Названный в честь немецкого физика Георга Ома (1789-1854), Закон Ома касается ключевых величин, действующих в цепях:

Количество	Закон Ома символ	Единица измерения (аббревиатура)	Роль в схемы	На случай, если вам интересно:
Напряжение	E	Вольт (В)	Давление, которое запускает поток электронов	E = электродвижущая сила (старый термин)
Ток	I	Ампер, ампер (A)	Скорость потока электронов	I = интенсивность
Сопротивление	R	Ом (Ом)	Ингибитор потока	Ω = греческая буква omega

Если известны два из этих значений, технические специалисты могут перенастроить закон Ома, чтобы вычислить третье.Просто измените пирамиду следующим образом:

Если вы знаете напряжение (E) и ток (I) и хотите узнать сопротивление (R), вытяните X-образную скобку из R в пирамиде и вычислите оставшееся уравнение (см. Первое или дальнее слева, пирамида вверху).

Примечание: Сопротивление нельзя измерить в рабочей цепи, поэтому закон Ома особенно полезен, когда его нужно вычислить. Вместо того, чтобы отключать цепь для измерения сопротивления, технический специалист может определить R, используя вышеуказанный вариант закона Ома.

Теперь, если вы знаете напряжение (E) и сопротивление (R) и хотите узнать ток (I), вытяните X-I и вычислите оставшиеся два символа (см. Среднюю пирамиду выше).

И если вы знаете ток (I) и сопротивление (R) и хотите знать напряжение (E), умножьте нижние половины пирамиды (см. Третью или крайнюю правую пирамиду выше).

Попробуйте несколько примеров расчетов на основе простой последовательной схемы, которая включает только один источник напряжения (аккумулятор) и сопротивление (свет).В каждом примере известны два значения. Используйте закон Ома для вычисления третьего.

Пример 1: Напряжение (E) и сопротивление (R) известны.

Какой ток в цепи?

I = E / R = 12 В / 6 Ом = 2 А

Пример 2: Напряжение (E) и ток (I) известны.

Какое сопротивление создает лампа?

R = E / I = 24 В / 6 A = 4 Ом

Пример 3: Ток (I) и сопротивление (R) известны. Какое напряжение?

Какое напряжение в цепи?

E = I x R = (5A) (8Ω) = 40 В

Когда Ом опубликовал свою формулу в 1827 году, его ключевым выводом было то, что величина электрического тока, протекающего через проводник, прямо пропорциональна приложенному напряжению. в теме.Другими словами, требуется один вольт давления, чтобы протолкнуть один ампер тока через один ом сопротивления.

Что проверять с помощью закона Ома

Закон Ома можно использовать для проверки статических значений компонентов схемы, уровней тока, источников напряжения и падений напряжения. Если, например, измерительный прибор обнаруживает более высокое значение измерения тока, чем обычно, это может означать, что сопротивление уменьшилось или что напряжение увеличилось, вызывая ситуацию высокого напряжения. Это может указывать на проблему с питанием или цепью.

В цепях постоянного тока (dc) измерение тока ниже нормального может означать, что напряжение снизилось или сопротивление цепи увеличилось. Возможные причины повышенного сопротивления — плохие или неплотные соединения, коррозия и / или поврежденные компоненты.

Нагрузки в цепи потребляют электрический ток. Нагрузки могут быть любыми компонентами: небольшими электрическими устройствами, компьютерами, бытовой техникой или большим двигателем. На большинстве этих компонентов (нагрузок) есть паспортная табличка или информационная наклейка.На этих паспортных табличках указаны сертификаты безопасности и несколько ссылочных номеров.

Технические специалисты обращаются к заводским табличкам на компонентах, чтобы узнать стандартные значения напряжения и тока. Во время тестирования, если технические специалисты обнаруживают, что обычные значения не регистрируются на их цифровых мультиметрах или токоизмерительных клещах, они могут использовать закон Ома, чтобы определить, какая часть цепи дает сбой, и на основании этого определить, в чем может заключаться проблема.

Основы науки о схемах

Цепи, как и вся материя, состоят из атомов.Атомы состоят из субатомных частиц:

• Протонов (с положительным электрическим зарядом)
• Нейтронов (без заряда)
• Электронов (отрицательно заряженных)

Атомы остаются связанными силами притяжения между ядром атома и электронами в его внешняя оболочка. Под воздействием напряжения атомы в цепи начинают преобразовываться, и их компоненты проявляют потенциал притяжения, известный как разность потенциалов. Взаимно привлеченные свободные электроны движутся к протонам, создавая поток электронов (ток).Любой материал в цепи, ограничивающий этот поток, считается сопротивлением.

Ссылка: Принципы цифрового мультиметра Глена А. Мазура, American Technical Publishers.

Статьи по теме

Определение закона Ома | DeepAI

Что такое закон Ома?

Закон

Ома гласит, что ток через проводник в двух точках прямо пропорционален напряжению при постоянном сопротивлении. Закон назван в честь немецкого физика Георга Ома, эксперименты которого легли в основу его основы.Закон Ома представлен уравнением I = V / R, где I — ток в амперах, V — напряжение, измеренное между двумя точками проводника, а R — сопротивление, определенное в Ом. Закон гласит, что сопротивление остается постоянным, независимо от силы тока. Закон Ома используется как общий принцип для понимания проводимости материалов в изменяющемся диапазоне электрических токов. Материалы можно определить как омические или неомические, в зависимости от того, соответствуют ли они нормам закона.

Применение закона Ома

Закон Ома иногда приводится в качестве примеров и обозначается в нескольких вариантах. Например, закон Ома можно определить как:

I = V / R

В = ИК

R = V / I

Взаимозаменяемость определений иногда отображается в виде трехстрочного треугольника с буквой V наверху и обозначениями I и R внизу. Взаимозаменяемое определение отображается как:

Эти различные определения часто встречаются в процессе анализа схем.Анализ цепи — это напряжения и токи через каждый компонент в сети. Каждый компонент можно определить как омический или неомический.

Закон Ома и линейные приближения

Закон Ома можно визуализировать с помощью линейных функций. Если компонент действительно омический, его сопротивление не увеличится, независимо от увеличения или уменьшения напряжения. Короче говоря, отношение V к I постоянно, что приводит к прямой линии на графике. Если компонент неомический, то построенная линия может изгибаться, представляя непостоянное соотношение между током и напряжением.На графиках ниже показаны различия между омическими и неомическими компонентами.

Автор Sbyrnes321 — Собственная работа, CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=17718257

Определение закона Ома в физике.

Примеры закона Ома в следующих темах:

• Закон Ома

  • Это важное соотношение известно как закон Ома .
  • Это соотношение также называется законом Ома законом .
  • Закон Ома (как и закон Гука ) не является универсальным.
  • Многие вещества, для которых действует закон Ома , называются омическими.
  • Два других устройства не подчиняются закону Ома закон .

• Измерения тока и напряжения в цепях

  • Согласно закону Ома , электрический ток I или движение заряда, протекающее через большинство веществ, прямо пропорционально приложенному к нему напряжению V.
  • Закон Ома закон , следовательно, может быть записан следующим образом:
  • Более конкретно, закон Ома утверждает, что R в этом отношении является постоянным, не зависящим от тока.
  • Чтобы решить эту проблему, мы просто подставим указанные значения в закон Ом закон : I = 1,5 В / 5 Ом; I = 0,3 ампера.
  • Если мы знаем ток и сопротивление, мы можем переставить уравнение Ом закон и решить для напряжения V:

• Резисторы в цепях переменного тока

  • В цепи с резистором и источником питания переменного тока все еще применяется закон Ом (V = IR).
  • Закон Ома применяется как к цепям переменного тока, так и к цепям постоянного тока.
  • Примените закон Ома для определения силы тока и напряжения в цепи переменного тока

• Конденсаторы в цепях переменного тока: емкостное сопротивление и фазовые диаграммы

  • Здесь мы использовали закон Ом (V = IR), чтобы получить соотношение между напряжением и током в цепях переменного тока.
  • В этом и последующих атомах мы обобщим закон для Ом, чтобы мы могли использовать его, даже когда в цепи есть конденсаторы и катушки индуктивности.
  • Поскольку это по-прежнему напряжение, деленное на ток (например, сопротивление), его единицей является Ом .
  • Считается, что это эффективное сопротивление конденсатора переменному току, поэтому среднеквадратичный ток Irms в цепи, содержащей только конденсатор C, определяется другой версией закона Ом как $ I_ {rms} = \ frac {V_ {rms}} {X_C} $, где Vrms — действующее значение напряжения.
  • Обратите внимание, что XC заменяет R в версии закона Ом для постоянного тока .

• Резисторы серии

  • Использование закона Ом для расчета изменений напряжения в резисторах серии
  • Согласно закону Ома падение напряжения V на резисторе при протекании через него тока рассчитывается по формуле V = IR, где I — ток в амперах (A), а R — сопротивление в Ом (Ом).
  • Краткое введение в анализ последовательной цепи и последовательной цепи, включая Закон Кирхгофа по току (KCL) и Закон Кирхгофа по напряжению (KVL).

• Параллельные резисторы

  • В соответствии с законом Ома, токи, протекающие через отдельные резисторы, равны $ I_1 = \ frac {V} {R_1} $, $ I_2 = \ frac {V} {R_2} $ и $ I_3 = \ frac {V} {R_3} $.
• Цепь серии

  RLC: на больших и малых частотах; Фазорная диаграмма

  • Объединив закон Ом (Irms = Vrms / Z; Irms и Vrms — среднеквадратичные ток и напряжение) и выражение для импеданса Z из:
  • Этот отклик имеет смысл, потому что на высоких частотах закон Ленца предполагает, что полное сопротивление катушки индуктивности будет большим.

• Различные типы токов

  • Ко всем электрическим сетям применяется ряд законов по электротехнике .
  • К ним относятся закон Ома , который обсуждался в модуле «Сопротивление и резисторы», законы тока и напряжения Кирхгофа , которые рассматриваются в модуле «Правила Кирхгофа».
  • Два закона Кирхгофа вместе с вольт-амперной характеристикой (ВАХ) каждого электрического элемента полностью описывают цепь.
  • Ток i, протекающий по цепи, определяется законом Ом .

• Индукторы в цепях переменного тока: индуктивно-реактивные и фазовые диаграммы

  • В цепи переменного тока с катушкой индуктивности напряжение на катушке индуктивности «ведет» ток в соответствии с законом Ленца .
  • Среднеквадратичный ток Irms через катушку индуктивности L определяется версией закона Ом: $ I_ {rms} = \ frac {V_ {rms}} {X_L} $, где Vrms — среднеквадратичное напряжение на катушке индуктивности, а $ X_L = 2 \ pi \ nu L $, где $ \ nu $ — частота источника переменного напряжения в герцах.
  • Поскольку катушка индуктивности препятствует прохождению тока, XL имеет единицы измерения Ом (1 H = 1 Ωs, так что частота, умноженная на индуктивность, имеет единицы (циклов / s) (Ωs) = Ω), что соответствует его роли в качестве эффективное сопротивление.
  • Напряжение на катушке индуктивности «ведет» ток в соответствии с законом Ленца .

• Введение и значение

  • Схема Кирхгофа законы — это два уравнения, впервые опубликованные Густавом Кирхгофом в 1845 году.
  • Кирхгоф, скорее, использовал работу Георга Ома в качестве основы для действующего закона Кирхгофа (KCL) и закона Кирхгофа по напряжению (KVL).
  • Закон Кирхгофа чрезвычайно важен для анализа замкнутых цепей.
  • В заключение, закон Кирхгофа зависит от определенных условий.
  • Закон напряжения является упрощением закона индукции Фарадея и основан на предположении, что внутри замкнутого контура нет флуктуирующего магнитного поля.

Самый быстрый словарь в мире: Vocabulary.com

Электрический ток по закону Ома прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению; I = E / R

причудливые, обусловленные случаем или побуждением, а не необходимостью

упущение пропуск или пропуск чего-либо

отпустить даровать прощение греха

чрезвычайно в очень большой степени или степени

Закон Гримма — здравый закон, касающийся немецких согласных и согласных в других индоевропейских языках

бездействующий с пропусками

Югослав уроженец или житель Югославии

Югослав, уроженец или житель Югославии

подражать стремиться к равенству или совпадению, особенно путем подражания

девица молодая незамужняя женщина

Томас Вулф Писатель из США, наиболее известный своими автобиографическими романами (1900-1938)

камзол нижнее белье с короткими рукавами для женщин

общее право Закон, установленный на основании ранее вынесенных судебных решений

причудливо-вычурно

Юмористическая аксиома закона Сода о том, что все, что может пойти не так, пойдет не так

бесцельно без конкретной цели или фокуса

Закон Бойля: давление идеального газа при постоянной температуре изменяется обратно пропорционально объему

Закон Гука (физика) принцип, согласно которому (в пределах упругости) напряжение, приложенное к твердому телу, пропорционально создаваемой деформации

ампула колба с двумя ручками

2.2.4 Закон Ома и почему мы заботимся о сопротивлении

2.2.4 Закон Ома и почему мы заботимся о сопротивлении

Устройство, известное нам как тостер, на удивление простое. Он состоит в основном из провода, по которому пропускается ток. Проволока нагревается, поджаривая хлеб. Это оно!

а почему нагревается провод? Ответ в том, что провод имеет некоторое сопротивление. Когда ток проходит через материал с некоторым сопротивлением, материал нагревается. Это тепло в первую очередь является рассеянием некоторой части электроэнергии, проходящей через материал.Это рассеяние мощности в виде тепла называется «потерями» в электросети.

Сопротивление материала, через который проходит ток, помогает определить потери, но это не единственный фактор. Напряжение, при котором энергия проходит через материал, также имеет значение, как и величина тока.

Это соотношение четко резюмируется в законе Ома, который гласит, что напряжение равно произведению тока и сопротивления, или V = I × R.Закон Ома используется для определения величины напряжения, необходимого для перемещения заданного количества тока (I) через некоторый материал с заданным сопротивлением (R).

Между тем, вспомните наше определение мощности: P = I × V. По сути, это количество мощности, передаваемой в цепи, подобной той, что была в нашем последнем упражнении.

Мы можем включить закон Ома в наше определение мощности, чтобы получить:

P = I × V = I × (I × R) = I2 × R

Это уравнение описывает количество мощности, рассеиваемой в цепи.Он также описывает количество потерь. Таким образом, закон Ома говорит нам, что потери будут увеличиваться пропорционально квадрату тока. Таким образом, если мы сохраним постоянное напряжение и удвоим ток, потери увеличатся в четыре раза.

Чтобы понять важность этого, предположим, что мы пропускаем 1000 ампер тока через цепь с падением напряжения 100 В. Итак, у нас есть мощность 100 кВт. Потери в цепи будут пропорциональны I2 × R, или 10002 × R в этом случае.

Но, если бы нам нужно было 100 кВт мощности, мы могли бы сделать это по-другому, пропустив через цепь 100 А при напряжении 1000 В.Сопротивление в цепи не изменится, но потери в цепи теперь будут пропорциональны 100 ² × R.

Таким образом, увеличивая напряжение (и уменьшая ток) в 10 раз, мы уменьшили наши потери в 100 раз. Это объясняет причину, по которой у нас есть сеть переменного тока вместо сети постоянного тока. Помните, что в технологии питания постоянного тока Эдисона напряжение в источнике должно быть близко к напряжению в точке потребления.Но с помощью технологии переменного тока, разработанной Tesla и Westinghouse, мощность может генерироваться и передаваться при очень высоких напряжениях, а затем снижаться до более низких напряжений в точке потребления. Это имело два больших преимущества: во-первых, можно было существенно снизить потери при передаче, а во-вторых, для домов и предприятий было намного безопаснее использовать электроэнергию низкого напряжения, а не высокого напряжения.

Учебное пособие по закону

Ом и мощность в электрических цепях

Георг Ом обнаружил, что при постоянной температуре электрический ток, протекающий через фиксированное линейное сопротивление, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению, а также обратно пропорционален сопротивлению.Эта взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением составляет основу закона об омах и показана ниже.

Отношение закона Ома

Зная любые два значения величин напряжения, тока или сопротивления, мы можем использовать закон Ом , чтобы найти третье пропущенное значение. Закон Ома широко используется в формулах и расчетах электроники, поэтому «очень важно понимать и точно помнить эти формулы».

Чтобы найти напряжение, (В)

[В = I x R] В (вольты) = I (амперы) x R (Ом)

Чтобы найти ток, (I)

[I = V ÷ R] I (амперы) = V (вольты) ÷ R (Ом)

Чтобы найти сопротивление, (R)

[R = V ÷ I] R (Ω) = V (вольт) ÷ I (амперы)

Иногда легче запомнить эту взаимосвязь по закону Ома с помощью картинок.Здесь три величины V, I и R наложены в треугольник (ласково называемый треугольником закона Ом ), дающий напряжение вверху с током и сопротивлением внизу. Это расположение представляет собой фактическое положение каждой величины в формулах закона Ома.

Треугольник закона Ома

Транспонирование стандартного уравнения закона Ома, приведенного выше, даст нам следующие комбинации того же уравнения:

Затем, используя закон Ома, мы можем увидеть, что напряжение 1 В, приложенное к резистору 1 Ом, вызовет протекание тока 1 А, и чем больше значение сопротивления, тем меньше тока будет протекать при заданном приложенном напряжении.Любое электрическое устройство или компонент, которые подчиняются «закону Ома», то есть ток, протекающий через него, пропорционален напряжению на нем (I α V), например, резисторы или кабели, называются «омическими» по своей природе, а устройства, которые этого не делают, такие как транзисторы или диоды, называются «неомическими» устройствами .

Электроэнергия в цепях

Электрическая мощность (P) в цепи — это скорость, с которой энергия поглощается или вырабатывается в цепи. Источник энергии, такой как напряжение, будет производить или передавать мощность, в то время как подключенная нагрузка поглощает ее.Например, лампочки и обогреватели поглощают электроэнергию и преобразуют ее либо в тепло, либо в свет, либо и то, и другое. Чем выше их значение или номинальная мощность в ваттах, тем больше электроэнергии они могут потреблять.

Обозначение величины мощности — P и представляет собой произведение напряжения на ток с единицей измерения Вт (Вт). Префиксы используются для обозначения различных кратных или подкратных значений ватта, например: милливатт (мВт = 10 ^-3 Вт) или киловатт (кВт = 10 ³ Вт).

Затем, используя закон Ома и подставляя значения V, I и R, можно найти формулу для электрической мощности как:

Чтобы найти силу (P)

[P = V x I] P (Вт) = V (вольты) x I (амперы)

Также:

[P = V ² ÷ R] P (Вт) = V ² (вольт) ÷ R (Ом)

Также:

[P = I ² x R] P (Вт) = I ² (амперы) x R (Ом)

Опять же, три величины были наложены в треугольник, на этот раз названный Треугольник мощности с мощностью вверху и током и напряжением внизу.Опять же, это расположение представляет собой фактическое положение каждой величины в формулах мощности закона Ома.

Треугольник власти

и снова, транспонирование основного уравнения закона Ома, приведенного выше для мощности, дает нам следующие комбинации одного и того же уравнения для нахождения различных индивидуальных величин:

Итак, мы видим, что есть три возможных формулы для расчета электрической мощности в цепи. Если рассчитанная мощность положительна, (+ P) по значению для любой формулы компонент поглощает мощность, то есть потребляет или использует мощность.Но если расчетная мощность отрицательна, (–P) по значению компонент производит или генерирует энергию, другими словами, это источник электроэнергии, такой как батареи и генераторы.

Номинальная электрическая мощность

Электрическим компонентам дается «номинальная мощность» в ваттах, которая указывает максимальную скорость, с которой компонент преобразует электрическую мощность в другие формы энергии, такие как тепло, свет или движение. Например, резистор 1/4 Вт, лампочка 100 Вт и т. Д.

Электрические устройства преобразуют одну форму энергии в другую.Так, например, электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую силу, а электрический генератор преобразует механическую силу в электрическую. Лампочка преобразует электрическую энергию в свет и тепло.

Кроме того, теперь мы знаем, что единицей мощности является Вт , но некоторые электрические устройства, такие как электродвигатели, имеют номинальную мощность в старом измерении «лошадиная сила» или л.с. Соотношение между мощностью и ваттами выражается следующим образом: 1 л.с. = 746 Вт.Так, например, двигатель мощностью две лошадиные силы имеет мощность 1492 Вт (2 x 746) или 1,5 кВт.

Круговая диаграмма закона Ома

Чтобы помочь нам понять взаимосвязь между различными значениями немного дальше, мы можем взять все уравнения закона Ома, указанные выше, для определения напряжения, тока, сопротивления и, конечно же, мощности и сжать их в простую круговую диаграмму закона Ом для использования в цепях переменного и постоянного тока и расчетах, как показано.

Круговая диаграмма закона Ома

Помимо использования приведенной выше круговой диаграммы закона Ома , мы также можем поместить отдельные уравнения закона Ома в простую матричную таблицу, как показано для удобства при вычислении неизвестного значения.

Таблица матрицы закона Ома

Закон Ома Пример №1

Для схемы, показанной ниже, найдите напряжение (В), ток (I), сопротивление (R) и мощность (P).

Напряжение [В = I x R] = 2 x 12 Ом = 24 В

Ток [I = V ÷ R] = 24 ÷ 12Ω = 2A

Сопротивление [R = V ÷ I] = 24 ÷ 2 = 12 Ом

Мощность [P = V x I] = 24 x 2 = 48 Вт

Питание в электрической цепи присутствует только при наличии напряжения и тока ОБА .Например, в состоянии разомкнутой цепи напряжение присутствует, но нет тока I = 0 (ноль), поэтому V * 0 равно 0, поэтому мощность, рассеиваемая в цепи, также должна быть 0. Аналогично, если у нас есть состояние короткого замыкания, ток присутствует, но нет напряжения V = 0, поэтому 0 * I = 0, так что мощность, рассеиваемая в цепи, снова равна 0.

Поскольку электрическая мощность является произведением V * I, мощность, рассеиваемая в цепи, одинакова, независимо от того, содержит ли цепь высокое напряжение и низкий ток или низкое напряжение и большой ток.Обычно электрическая мощность рассеивается в виде тепла, (нагреватели), механической работы, , например двигателей, энергии , в виде излучаемой (лампы) или в виде накопленной энергии (батареи).

Электрическая энергия в цепях

Электроэнергия — это способность выполнять работу, а единица работы или энергии — джоуль (Дж). Электрическая энергия — это произведение мощности на время, в течение которого она была потреблена. Итак, если мы знаем, сколько потребляемой мощности в ваттах и ​​время в секундах, в течение которого она используется, мы можем найти общую потребляемую энергию в ватт-секундах.Другими словами, энергия = мощность x время и мощность = напряжение x ток. Следовательно, электрическая мощность связана с энергией, и единица измерения электрической энергии — ватт-секунды или джоулей .

Электрическая мощность также может быть определена как скорость передачи энергии. Если один джоуль работы либо поглощается, либо доставляется с постоянной скоростью в одну секунду, тогда соответствующая мощность будет эквивалентна одному ватту, поэтому мощность можно определить как «1 Джоуль / сек = 1 Вт».Тогда мы можем сказать, что один ватт равен одному джоулю в секунду, а электрическая мощность может быть определена как скорость выполнения работы или передачи энергии.

Треугольник электроэнергии и энергии

или найти различные индивидуальные количества:

Ранее мы говорили, что электрическая энергия определяется как ватт в секунду или джоулей . Хотя электрическая энергия измеряется в Джоулях, она может стать очень большой величиной при использовании для расчета энергии, потребляемой компонентом.

Например, если 100-ваттная лампочка остается включенной на 24 часа, потребляемая энергия составит 8 640 000 Дж (100 Вт x 86 400 секунд), поэтому префиксы, такие как килоджоулей, (кДж = 10 ³ Дж) или мегаджоулей (МДж = 10 ⁶ Дж) используются вместо этого, и в этом простом примере потребляемая энергия будет 8,64 МДж (мегаджоули).

Но имея дело с джоулями, килоджоулями или мегаджоулями для выражения электрической энергии, задействованная математика может закончиться некоторыми большими числами и множеством нулей, поэтому гораздо проще выразить потребляемую электрическую энергию в киловатт-часах.

Если потребляемая (или генерируемая) электрическая мощность измеряется в ваттах или киловаттах (тысячах ватт), а время измеряется в часах, а не в секундах, то единицей электрической энергии будет киловатт-часов , (кВтч). Тогда наша 100-ваттная лампочка, показанная выше, будет потреблять 2400 ватт-часов или 2,4 кВт-ч, что намного легче понять в 8 640 000 джоулей.

1 кВт-ч — это количество электроэнергии, потребляемое устройством мощностью 1000 Вт за один час, которое обычно называют «единицей электроэнергии».Это то, что измеряется счетчиком коммунальных услуг, и это то, что мы, как потребители, покупаем у наших поставщиков электроэнергии, когда получаем наши счета.

киловатт-часов — это стандартные единицы энергии, используемые электросчетчиком в наших домах для расчета количества потребляемой электроэнергии и, следовательно, того, сколько мы платим. Таким образом, если вы включите электрический камин с нагревательным элементом мощностью 1000 Вт и оставите его включенным на 1 час, вы израсходуете 1 кВт-час электроэнергии. Если вы включите два электрокамина с элементами по 1000 ватт на полчаса, общее потребление будет равно количеству электроэнергии — 1 кВт · ч.

Итак, потребление 1000 Вт в течение одного часа потребляет столько же энергии, сколько 2000 Вт (вдвое больше) в течение получаса (половина времени). Затем, чтобы 100-ваттная лампочка потребляла 1 кВтч или одну единицу электроэнергии, ее нужно было бы включить в общей сложности на 10 часов (10 x 100 = 1000 = 1 кВтч).

Теперь, когда мы знаем, какова взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением в цепи, в следующем руководстве, посвященном цепям постоянного тока, мы рассмотрим стандартные электрические единицы, используемые в электротехнике и электронике, чтобы мы могли рассчитать эти значения и убедитесь, что каждое значение может быть представлено кратными или частичными значениями стандартной единицы.

Физика для науки и техники II

Закон 6.5 Ома от Office of Academic Technologies на Vimeo.

6,05 Закон Ома

Мы видели, что сопротивление определяется как разность потенциалов между двумя точками, деленная на количество тока, проходящего через эти точки.Кроме того, удельное сопротивление определялось как отношение электрического поля в интересующей области к плотности тока в этой области. Эти соотношения в физике известны как законы Ома.

Здесь мы можем выразить разность потенциалов между двумя точками как ток, умноженный на сопротивление. Если мы построим график разности потенциалов между двумя точками в зависимости от тока, проходящего через эти точки для различных типов компонентов типичной электрической цепи, мы можем получить два разных случая.В одном случае соотношение между разностью потенциалов и током является линейным, поэтому это соотношение, другими словами, В по сравнению с и , всегда становится постоянным.

Конечно, вторая категория — это случай, когда это соотношение не является постоянным, и в результате мы получаем кривую. Например, что-то вроде этого, что и в случае диодов с переходом pn . Итак, вот пример поведения резистора, например, и это случай переходного диода pn .

Говорят, что проводящее устройство подчиняется закону Ома, если его сопротивление между любыми двумя точками не зависит от величины и полярности разности потенциалов, приложенной между этими точками. Итак, если мы констатируем это, проводящее устройство подчиняется закону Ома, если его сопротивление между любыми двумя точками не зависит от величины и полярности разности потенциалов, приложенной между этими точками. Другими словами, соотношение V к i или i к V остается постоянным все время, так что наклон кривой остается постоянным.Другими словами, мы получаем прямую линию, когда строим график i против V или V против i .

Теперь V равно i умножить на R . Верно для всех токопроводящих устройств. Мы просто разделяем эти устройства, подчиняются они закону Ома или нет, просто глядя на сопротивление, независимо от того, остается ли оно постоянным или нет. Другими словами, отношение В, к и , ток к разности потенциалов к току, остается постоянным или нет.

Если это соотношение остается постоянным, мы говорим, что компонент подчиняется закону Ома. Если нет, то мы говорим, что этот компонент не подчиняется закону Ома. Итак, если i по сравнению с V линейно, то это соответствует случаю подчинения закону Ома. С другой стороны, если i по сравнению с V , разность потенциалов, не является линейной, то этот случай мы называем несоблюдением закона Ома.

Конечно, местный аналог закона Ома связан с определением удельного сопротивления, которое определялось как отношение электрического поля к плотности тока.Отсюда мы можем выразить E как ρ , умноженное на J . Конечно, это верно только для изотропных материалов. Материалы, электрические свойства которых одинаковы во всех направлениях. И здесь снова, аналогичным образом, если отношение электрического поля к плотности тока остается постоянным, другими словами, если удельное сопротивление среды постоянно, тогда эта среда подчиняется закону Ома. С другой стороны, если это отношение электрического поля к плотности тока непостоянно или E по сравнению с J не является линейной кривой, то мы в конечном итоге говорим, что эта среда не подчиняется закону Ома.

Итак, до сих пор мы ввели два разных набора величин, в основном микроскопических величин, и это были электрические поля, плотность тока, удельное сопротивление. Эти величины важны, когда мы исследуем фундаментальное электрическое поведение материи. Итак, предположим, что они важны, когда мы ищем фундаментальные электрические свойства материи.

С другой стороны, макроскопические свойства или макроскопические величины, которые представляют собой разность потенциалов, ток и сопротивление, и эти величины важны, когда мы делаем электрические инструменты из определенных проводников.