Ток, напряжение, сопротивление. Закон Ома.
Продолжаем публикацию материалов новой рубрики «Основы электроники«, и в сегодняшней статье речь пойдет о фундаментальных понятиях, без которых не проходит обсуждение ни одного электронного устройства или схемы. Как вы уже догадались, я имею ввиду ток, напряжение и сопротивление. Кроме того, мы не обойдем стороной закон Ома (как же иначе), который определяет взаимосвязь этих величин, но не буду забегать вперед, давайте двигаться постепенно, и начнем с понятия напряжения.
Напряжение.
По определению напряжение — это энергия (или работа), которая затрачивается на перемещение единичного положительного заряда из точки с низким потенциалом в точку с высоким потенциалом (т. е. первая точка имеет более отрицательный потенциал по сравнению со второй). Из курса физики мы помним, что потенциал электростатического поля — это скалярная величина, равная отношению потенциальной энергии заряда в поле к величине этого заряда.
Давайте рассмотрим небольшой пример:
В пространстве действует постоянное электрическое поле, напряженность которого равна E. Рассмотрим две точки, расположенные на расстоянии d друг от друга. Так вот напряжение между двумя точками представляет из себя ни что иное, как разность потенциалов в этих точках:
U = \phi_1\medspace-\medspace \phi_2
В то же время не забываем про связь напряженности электростатического поля и разности потенциалов между двумя точками:
\phi_1\medspace-\medspace \phi_2 = Ed
И в итоге получаем формулу, связывающую напряжение и напряженность:
U = Ed
В электронике, при рассмотрении различных схем, напряжение все-таки принято считать как разность потенциалов между точками. Соответственно, становится понятно, что напряжение в цепи — это понятие, связанное с двумя точками цепи. То есть говорить, к примеру, «напряжение в резисторе» — не совсем корректно. А если говорят о напряжении в какой-то точке, то подразумевают разность потенциалов между этой точкой и «землей».
Вот так плавно мы вышли к еще одному повсеместно используемому понятию, а именно к понятию «земля». Так вот «землей» в электрических цепях чаще всего принято считать точку нулевого потенциала (то есть потенциал этой точки равен 0).
Еще пару слов скажем о единицах, которые помогают охарактеризовать величину напряжения. Единицей измерения является Вольт (В). Классическое количественное определение величины в 1 Вольт звучит так: для перемещения заряда величиной 1 Кулон между точками, имеющими разность потенциалов 1 Вольт, необходимо совершить работу, равную 1 Джоулю. С этим вроде бы все понятно и можно двигаться дальше.
А на очереди у нас еще одно основополагающее понятие, а именно — ток.
Ток, сила тока в цепи.
Проанализируем, что будет происходить если под действие электрического поля попадут заряженные частицы, например, электроны. Рассмотрим проводник, к которому приложено определенное напряжение:
Из направления напряженности электрического поля (E) мы можем сделать вывод о том, что \phi_1 > \phi_2 (вектор напряженности всегда направлен в сторону уменьшения потенциала).
На каждый электрон начинает действовать сила:
F = Ee
где e − это заряд электрона.
И поскольку электрон является отрицательно заряженной частицей, то вектор силы будет направлен в сторону противоположную направлению вектора напряженности поля. Таким образом, под действием силы частицы наряду с хаотичным движением приобретают и направленное (вектор скорости V на рисунке). В результате и возникает электрический ток.
В итоге получаем, что ток — это упорядоченное движение заряженных частиц под воздействием электрического поля.
Важным нюансом является то, что принято считать, что ток протекает от точки с более положительным потенциалом к точке с более отрицательным потенциалом, несмотря на то, что электрон перемещается в противоположном направлении.
Носителями заряда могут выступать не только электроны. Например, в электролитах и ионизированных газах протекание тока в первую очередь связано с перемещением ионов, которые являются положительно заряженными частицами.
Соответственно, направление вектора силы, действующей на них (а заодно и вектора скорости) будет совпадать с направлением вектора E. И в этом случае противоречия не возникнет, ведь ток будет протекать именно в том направлении, в котором движутся частицы.
Для того, чтобы оценить ток в цепи, существует такая величина как сила тока. Итак, сила тока (I) — это величина, которая характеризует скорость перемещения электрического заряда в точке. Единицей измерения силы тока является Ампер. Сила тока в проводнике равна 1 Амперу, если за 1 секунду через поперечное сечение проводника проходит заряд 1 Кулон.
Мы уже рассмотрели понятия силы тока и напряжения, теперь разберемся, каким образом эти величины могут бы связаны. И для этого нам предстоит понять, что же из себя представляет сопротивление проводника.
Сопротивление проводника/цепи.
Термин «сопротивление» уже фактически говорит сам за себя ) Итак, сопротивление — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать (сопротивляться) прохождению электрического тока.
Рассмотрим медный проводник длиной l с площадью поперечного сечения, равной S:
Сопротивление проводника зависит от нескольких факторов:
- удельного сопротивления проводника \rho
- длины проводника l
- площади поперечного сечения проводника S
Удельное сопротивление — это табличная величина. Формула, с помощью которой можно вычислить сопротивление данного проводника выглядит следующим образом:
R = \rho\medspace \frac{l}{S}Для нашего случая \rho будет равно 0,0175 (Ом * кв. мм / м) — удельное сопротивление меди. Пусть длина проводника составляет 0.5 м, а площадь поперечного сечения равна 0.2 кв. мм. Тогда:
R =0,0175 \cdot \frac{0.5}{0.2} = 0.04375\medspace ОмИ, как вы уже поняли из примера, единицей измерения сопротивления является Ом. Рассмотрим взаимосвязь напряжения, силы тока и сопротивления цепи.
Закон Ома.
И тут на помощь нам приходит основополагающий закон — закон Ома:
Сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению рассматриваемого участка цепи.
Рассмотрим простейшую электрическую цепь:
Как следует из закона Ома напряжение и сила тока этой в цепи связаны следующим образом:
I = \frac{U}{R}Пусть напряжение составляет 10 В, а сопротивление цепи равно 200 Ом. Тогда сила тока в цепи вычисляется следующим образом:
I = \frac{10}{200} = 0.05 = 50\medspaceмАКак видите, все довольно несложно и абсолютно логично. Пожалуй на этом мы и закончим сегодняшнюю статью, спасибо за внимание и до скорых встреч 🤝
Ток, напряжение, сопротивление
электрика, сигнализация, видеонаблюдение, контроль доступа (СКУД), инженерно технические системы (ИТС)
Электрический ток ( I ) — это упорядоченное движение заряженных частиц. Первая мысль, которая приходит в голову из школьного курса физики — движение электронов. Безусловно.
Однако электрический заряд могут переносить не только они, а, например, еще ионы, определяющие возникновение электрического тока в жидкостях и газах.
Хочу предостеречь также от сравнения тока с протеканием воды по шлангу.
(Хотя при рассмотрении Закона Кирхгофа такая аналогия будет уместна). Если каждая конкретная частица воды проделывает путь от начала до конца, то носитель электрического тока так не поступает.
Если уж нужна наглядность, то я бы привел пример переполненного автобуса, когда на остановке некто, втискиваясь в заднюю дверь, становится причиной выпадения из передней менее удачливого пассажира.
Условиями возникновения и существования электрического тока являются:
- Наличие свободных носителей заряда
- Наличие электрического поля, создающего и поддерживающего ток.
Будем считать, что теперь про электрический ток Вы знаете все. Это, конечно, шутка. Тем более что еще ничего не сказано про электрическое поле, которое у многих ассоциируется с напряжением, что не верно.
Электрическое поле — это вид материи, существующей вокруг электрически заряженных тел и оказывающее на них силовое воздействие. Опять же, обращаясь к знакомому со школы «одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются» можно представить электрическое поле как нечто это воздействие передающее.
Это поле, равно как любое другое непосредственно ощутить нельзя, но существует его количественная характеристика — напряженность электрического поля.
Существует множество формул, описывающих взаимосвязь электрического поля с другими электрическими величинами и параметрами. Я ограничусь одной, сведенной к примитиву: E=Δφ.
Здесь:
- E — напряженность электрического поля. Вообще это величина векторная, но я упростил все до скаляра.
- Δφ=φ1-φ2 — разность потенциалов (рисунок 1).
Поскольку условием существования тока является наличие электрического поля, то его (поле) надо каким либо образом создать. Хорошо знакомые опыты электризации расчески, натирания тканью эбонитовой палочки, верчения ручки электростатической машины по вполне очевидным причинам на практике неприемлимы.
Поэтому были изобретены устройства, способные обеспечивать разность потенциалов за счет сил неэлектростатического происхождения (одно из них — хорошо всем известная батарейка), получившие название источник электродвижущей силы (ЭДС), которая обозначается так: ε.
Физический смысл ЭДС определяется работой, которую совершают сторонние силы, перемещая единичный заряд, но для того, чтобы получить первоначальное понятие что такое электрический ток, напряжение и сопротивление нам не нужно подробное рассмотрение этих процессов в интегральной и иных не менее сложных формах.
Напряжение ( U ).
Наотрез отказываюсь продолжать заморачивать Вам голову сугубо теоретическими выкладками и даю определение напряжения как разности потенциалов на участке цепи: U=Δφ=φ1-φ2, а для замкнутой цепи будем считать напряжение равным ЭДС источника тока: U=ε.
Это не совсем корректно, но на практике вполне достаточно.
Сопротивление ( R ) — название говорит само за себя — физическая величина, характеризующая противодействие проводника электрическому току. Формула, определяющая зависимость напряжения, тока и сопротивления называется закон Ома. Этот закон рассматривется на отдельной странице этого раздела.
Кроме того, сопротивление зависит от ряда факторов, например, материала проводника.
Данные эти справочные, приводятся в виде значения удельного сопротивления ρ, определяемого как сопротивление 1 метра проводника/сечение. Чем меньше удельное сопротивление, тем меньше потери тока в проводнике.
Соответственно сопротивление проводника длиной L и площадью сечения S, будет составлять R=ρ*L/S.
Непосредственно из приведенной формулы видно, что сопротивление проводника также зависит от его длины и сечения. Температура тоже оказывает влияние на сопротивление.
Несколько слов про единицы измерения тока, напряжения, сопротивления. Основные единицы измерения этих величин следующие:
Ток — Ампер (А)
Напряжение — Вольт (В)
Сопротивление — Ом (Ом).
Это единицы измерения интернациональной системы (СИ) не всегда удобны. На практике применяются из производные (милиампер, килоом и пр.). При расчетах следует учитывать размерность всех величин, содержащихся в формуле. Так, если Вы, в законе Ома умножите ампер на килоом, то напряжение получите совсем не вольтах.
© 2012-2023 г. Все права защищены.
Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов
CQ-вызов всем
Ветчины! Advertising Info Основной закон Ома Закон Ома
может быть очень трудно понять тому, кто никогда не имел
базовое понимание или обучение основам электричества. Что такое Ом
Закон: Закон Ома состоит из
3 математических уравнений , которые показывают отношения между электрическим напряжением , текущий и сопротивление . Что такое напряжение? Ан
аналогом был бы огромный резервуар для воды Что такое сопротивление? Аналогия
будет размер водопроводных труб и размер крана.
больше труба и кран (меньше сопротивление), тем больше воды поступает
вне! Чем меньше труба и кран (больше сопротивление), тем меньше воды
что выходит! Это можно рассматривать как сопротивление потоку
течение воды. Информация: Закон Ома был назван в честь Баварского
математик и физик Георг Ом . Закон Ома может быть
сформулированы как математических уравнений , все производные от I измеряемый ток
в R измеряется сопротивлением
в Ом В = I х
R (напряжение = ток, умноженный на
Сопротивление) Р = В / I (сопротивление = напряжение, деленное на
Текущий) I = В/об (ток =
Напряжение, деленное на сопротивление) Зная любые два значения схемы ,
можно определить (вычислить) треть, с помощью Ома
Закон. Если в цепи есть ток 2 ампера и
сопротивление 1 Ом, (< это два "известных"), то
согласно закону Ома и приведенным выше формулам, напряжение равно току
умножить на сопротивление: (В = 2 ампера x 1 Ом = 2
вольт). В этом третьем примере мы знаем силу тока (2 ампера) и
напряжение (2 вольта)…. какое сопротивление? Иногда очень полезно
связать эти формулы визуально. Закон Ома «колеса» и графика
ниже может быть очень полезным инструментом, чтобы освежить вашу память и помочь вам
понять их отношения. Колесо выше
разделен на три части: Вольт
V (вверху разделительной линии) Для использования просто
накройте мысленным взором неизвестное количество, которое вам нужно, и то, что осталось
это формула, чтобы найти неизвестное. Пример: Чтобы найти
ток цепи (I), просто закройте раздел I или Amps в ваших шахтах
глаз и то, что остается, это V вольт выше разделительной линии и R
Ом (сопротивление) ниже его. Теперь подставьте известные значения. Только
разделить известные вольты на известное сопротивление. Вот
другой пример: Вы знаете
ток и сопротивление в цепи, но вы хотите узнать
Напряжение. Просто
закройте секцию напряжения мысленным взором … то, что осталось, это I X R
разделы. Просто умножьте значение I на значение R, чтобы получить ответ!
Попрактикуйтесь с колесом, и вы удивитесь, насколько хорошо оно работает.
помочь вам запомнить формулы, не пытаясь! Вы будете
нужно вставить X между I и R на графике и представить
горизонтальная разделительная линия, но главная — это всего лишь
такой же. В вышеуказанном
Вы заметите, что колесо закона Ома имеет дополнительную секцию (P) для мощности.
а буква E* использовалась вместо буквы V для
Напряжение. Информация: Как правило, закон Ома применяется только к
Цепи постоянного тока, а не переменного тока
цепи . Другими словами, «R» является постоянной и независимой единицей тока; «V» имеет незначительную текучесть тока при более высоком сопротивлении, а «I» прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна его сопротивлению. Закон Ома был создан в 1827 году немецким физиком Георгом Симоном Омом еще до того, как был создан калькулятор сопротивления. Он провел обширное исследование в области гальванических последовательностей, обнаружив некоторые значения напряжения и тока, протекающие по простым электрическим цепям. В настоящее время это расследование привело к принятию закона, носящего его имя. Благодаря этому Ом получил много признаний и наград: Мюнхенский университет пожаловал ему кафедру профессора физики в 1849 г., и Королевское общество — Лондон наградил его медалью Копли в 1941 году. Тем не менее, высшая награда была названа в его честь единице электрического сопротивления, Ом. Ампер : это стандартная единица электрического тока, который производится при напряжении в один вольт в цепи с сопротивлением в один ом. Благодаря наличию материалов уменьшается протекание через них электрического тока, а при изменении значения их сопротивления также изменяется значение силы тока в амперах изменяется обратно пропорционально. При увеличении сопротивления ток уменьшается, а при уменьшении сопротивления ток увеличивается. В обоих случаях величина напряжения требует постоянного поддержания. Следовательно, закон Ома работает для цепей и пассивных участков цепей, которые а) имеют исключительно активные нагрузки (но не индуктивные или емкостные) или б) имеют постоянный режим. В обоих случаях на значение сопротивления проводника может влиять температура. Следовательно, с точки зрения физики, любое устройство или материал, включенный в электрическую цепь, вызывает сопротивление в протекании тока. Для расчета сопротивления материала определенной длины и толщины необходимо применить формулу Ома: Значение R равно rho (ρ), умноженному на длину проводника (L) и деленному на длину проводника сечения или толщины (площадь S). Где rho (ρ) — постоянная, называемая удельным сопротивлением; L — длина жильного кабеля в метрах, а S — сечение или толщина жильного кабеля в мм2. Для получения дополнительной информации мы предоставляем таблицу с некоторыми значениями rho (ρ) в зависимости от типа проводящего материала: Чтобы рассчитать номиналы резисторов, мы уже знаем постоянную удельного сопротивления (ρ), поэтому мы должны определить как длину проводника (L), так и сечение (S). Значение: |
Термин
ток относится к количеству, объему или интенсивности электрического потока, как
в отличие от напряжения, которое относится к силе или «давлению», вызывающему
текущий поток.
потребности!
Следовательно, закон Ома фокусируется на свойстве некоторых материалов. Однако это не электромагнитный закон, как закон Гаусса. На языке математики это переводится как V = IR 9.0013
Единицей сопротивления является ом (R o Ω), что означает, что сопротивление, оказываемое проводником, когда по нему циркулирует ампер (напряженность) и между его крайними точками, дает разность потенциалов (напряжение) в один вольт.
Это сопротивление может быть увеличено или уменьшено в зависимости от используемого материала.