Сопротивление, проводимость и закон Ома
Электрическое сопротивление – физическая величина, характеризующая способность проводника препятствовать прохождению по нему электрического тока.
Сопротивление часто обозначается через R или r и в Международной системе единиц (СИ) измеряется в Омах.
В зависимости от среды проводника и носителей зарядов, физическая природа сопротивления может отличаться. Так, например, в металле движущиеся под действием поля электроны рассеиваются на неоднородностях ионной решетки, теряют свой импульс, и энергия их движения преобразуется во внутреннюю энергию кристаллической решетки (то есть становится меньше).
Сопротивление проводника при прочих равных условиях зависит от его геометрии и от удельного электрического сопротивления материала, из которого он выполнен.
Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от свойств вещества проводника, его длины, сечения и определяется согласно зависимости
где ρ – удельное сопротивление вещества проводника, Ом·м, l — длина проводника, м, а S — площадь сечения, мм².
Удельное сопротивление ρ – скалярная физическая величина, численно равная сопротивлению однородного цилиндрического проводника единичной длины и единичной площади сечения (рисунок 1). При расчетах это значение выбирается из таблицы.
Рис. 1. Удельное сопротивление проводника, ρСопротивление проводника R зависит от внешнего фактора – температуры T, но для разных групп веществ эта зависимость имеет различные зависимости. Так, при снижении температуры металлов их сопротивление снижается (то есть способность проводить ток увеличивается). Если температура металла достигает низких значений, он переходит в состояние так называемой свехрпроводимости и его сопротивление R стремится к 0. Поведение полупроводников под воздействием температур обратное – при снижении температуры T сопротивление R растет, а при его росте наоборот падает (рисунок 2).
Рис. 2. Зависимость сопротивления R от температуры T для металлов и полупроводниковЗакон Ома
В 1826 году немецкий физик Георг Ом открыл важный в электронике закон, названный впоследствии его фамилией.
Закон Ома определяет количественную зависимость между электрическим током и свойствами проводника, характеризующими его способность противостоять электрическому току.
Существует несколько интерпретаций закона Ома.
Закон Ома для участка цепи (рисунок 3) определяет величину электрического тока I в проводнике как отношение напряжения на концах проводника U и его сопротивления R
Рис. 3. Закон Ома для участка цепиИнтерпретировать закон Ома для участка цепи можно следующим образом: если к концам проводника сопротивлением R = 1 Ом приложено напряжение U = 1 В, тогда величина тока I в проводнике будет равна 1 А
На представленном выше простом примере разберем физическую интерпретацию закона Ома, используя аналогию электрического тока и воды. В качестве аналога проводника электрического тока возьмем воронку, сужение в которой возникает из-за наличие в проводнике сопротивления R (рисунок 4). Пусть в воронку из некоторого источника поступает вода, которая просачивается через узкое горлышко.
Усилить поток воды на выходе горлышка воронки можно за счет давления на воду, например, силой поршня. В аналогии с электричеством, поршень будет являться аналогом напряжения – чем сильнее на воду давит поршень (то есть чем больше значение напряжения), тем сильнее будет поток воды на выходе из воронки (тем больше будет значение силы тока).
Закон Ома может быть применен не всегда, а лишь в ограниченном числе случаев. Так закон Ома «не работает» при расчете напряжения и тока в полупроводниковых или электровакуумных приборов, содержащих нелинейные элементы. В этом случае зависимость тока и напряжения можно определить только с помощью построение так называемой вольтамперной характеристики (ВАХ). К категории нелинейных элементов относятся все без исключения полупроводниковые приборы (диоды, транзисторы, стабилитроны, тиристоры, варикапы и т.д.), а также электронные лампы.
Проводимость
Величина обратная сопротивлению, называется проводимостью:
G = 1/R.
Единица проводимости называется сименс (См): G, (g) = 1/Ом = См.
#1. Формула закона для участка цепи Ома
I = U/R
R = I/U
I = R/U
#2. Найдите сопротивление участка цепи использую закон Ома, если к концам проводника приложено U = 12 В, и в нем протекает ток I = 6 А.
5 Ом.
72 Ом.
2 Ом.
Закон Ома гласит I=U/R, следовательно R = U/I = 12/6 = 2 Ом.
#3. В чем измеряется удельное сопротивление?
Ом
Ом*мм
Ом*м
#4. Сопротивление участка цепи равно 10 Ом. Найдите проводимость участка.
5 См.
0,1 См.
10 См.
Величина обратная сопротивлению, называется проводимостью:
G = 1/R.
Так как сопротивление участка цепи R = 10 Ом, следовательно G = 1/10 = 0,1 См.
Завершить
Отлично!
Попытайтесь снова(
05.09.2020
ТОЭ
Электрические цепи постоянного тока
Курс общей физики, Т.2
Курс общей физики, Т.2
ОглавлениеПРЕДИСЛОВИЕМЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ЧАСТЬ 1. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ § 1. Электрический заряд § 2. Закон Кулона § 3. Системы единиц § 4. Рационализованная запись формул § 5. Электрическое поле. Напряженность поля § 6. Потенциал § 7. Энергия взаимодействия системы зарядов § 8.  § 9. Диполь § 10. Поле системы зарядов на больших расстояниях § 11. Описание свойств векторных полей Дивергенция. Циркуляция. Теорема Стокса. § 12. Циркуляция и ротор электростатического поля § 13. Теорема Гаусса § 14. Вычисление полей с помощью теоремы Гаусса Поле двух разноименно заряженных плоскостей. Поле заряженной сферической поверхности. Поле объемно-заряженного шара. ГЛАВА II. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ДИЭЛЕКТРИКАХ § 15. Полярные и неполярные молекулы § 16. Поляризация диэлектриков § 17. Поле внутри диэлектрика § 18. Объемные и поверхностные связанные заряды § 19. Вектор электрического смешения § 20. Примеры на вычисление поля в диэлектриках § 21. Условия на границе двух диэлектриков § 22. Силы, действующие на заряд в диэлектрике § 23. Сегнетоэлектрики ГЛАВА III. ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ § 24. Равновесие зарядов на проводнике § 25.  Проводник во внешнем электрическом поле§ 26. Электроемкость § 27. Конденсаторы ГЛАВА IV. ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ § 28. Энергия заряженного проводника § 29. Энергия заряженного конденсатора § 30. Энергия электрического поля ГЛАВА V. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК § 31. Электрический ток § 32. Уравнение непрерывности § 33. Электродвижущая сила § 34. Закон Ома. Сопротивление проводников § 35. Закон Ома для неоднородного участка цепи § 36. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа § 37. Мощность тока § 38. Закон Джоуля — Ленца ГЛАВА VI. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ § 39. Взаимодействие токов § 40. Магнитное поле § 41. Поле движущегося заряда § 42. Закон Био — Савара § 43. Сила Лоренца § 44. Закон Ампера § 45. Магнитное взаимодействие как релятивистский эффект § 47. Магнитное поле контура с током § 48. Работа, совершаемая при перемещении тока в магнитном § 49.  Дивергенция и ротор магнитного поля§ 50. Поле соленоида и тороида ГЛАВА VII. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ § 51. Намагничение магнетика § 52. Напряженность магнитного поля § 53. Вычисление поля в магнетиках § 54. Условия на границе двух магнетиков § 55. Виды магнетиков § 56. Магнитомеханические явления § 57. Диамагнетизм § 58. Парамагнетизм § 59. Ферромагнетизм ГЛАВА VIII. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ § 60. Явление электромагнитной индукции § 61. Электродвижущая сила индукции § 62. Методы измерения магнитной индукции § 63. Токи Фуко § 64. Явление самоиндукции § 65. Ток при замыкании и размыкании цепи § 66. Взаимная индукция § 67. Энергия магнитного поля § 68. Работа перемагничивания ферромагнетика ГЛАВА IX. УРАВНЕНИЯ МАКСВЕЛЛА § 69. Вихревое электрическое поле § 70. Ток смещения § 71. Уравнения Максвелла ГЛАВА X. ДВИЖЕНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ § 72. Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле § 73.  Отклонение движущихся заряженных частиц электрическим и магнитным полями§ 74. Определение заряда и массы электрона § 75. Определение удельного заряда ионов. Масс-спектрографы § 76. Ускорители заряженных частиц ГЛАВА XI. КЛАССИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ МЕТАЛЛОВ § 77. Природа носителей тока в металлах § 78. Элементарная классическая теория металлов § 79. Эффект Холла ГЛАВА XII. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ГАЗАХ § 80. Несамостоятельная и самостоятельная проводимость § 81. Несамостоятельный газовый разряд § 83. Процессы, приводящие к появлению носителей тока при самостоятельном разряде § 84. Газоразрядная плазма § 85. Тлеющий разряд § 86. Дуговой разряд § 87. Искровой и коронный разряды ГЛАВА XIII. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ § 88. Квазистационарные токи § 89. Свободные колебания в контуре без активного сопротивления § 90. Свободные затухающие колебания § 91. Вынужденные электрические колебания § 92.  Переменный токЧАСТЬ 2. ВОЛНЫ § 93. Распространение волн в упругой среде § 94. Уравнения плоской и сферической волн § 95. Уравнение плоской волны, распространяющейся в произвольном направлении § 96. Волновое уравнение § 97. Скорость упругих волн в твердой среде § 98. Энергия упругой волны § 99. Стоячие волны § 100. Колебания струны § 101. Звук § 102. Скорость звука в газах § 103. Эффект Доплера для звуковых волн ГЛАВА XV. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ § 104. Волновое уравнение для электромагнитного поля § 105. Плоская электромагнитная волна § 106. Экспериментальное исследование электромагнитных волн § 107. Энергия электромагнитных волн § 108. Импульс электромагнитного поля § 109. Излучение диполя ЧАСТЬ 3. ОПТИКА § 110. Световая волна § 111. Представление гармонических функций с помощью экспонент § 112. Отражение и преломление плоской волны на границе двух диэлектриков § 113. Световой поток § 114.  Фотометрические величины и единицы§ 115. Геометрическая оптика § 116. Центрированная оптическая система § 117. Тонкая линза § 118. Принцип Гюйгенса ГЛАВА XVII. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА § 119. Интерференция световых волн § 121. Способы наблюдения интерференции света § 122. Интерференция света при отражении от тонких пластинок § 123. Интерферометр Майкельсона § 124. Многолучевая интерференция ГЛАВА XVIII. ДИФРАКЦИЯ СВЕТА § 126. Принцип Гюйгенса—Френеля § 127. Зоны Френеля § 128. Дифракция Френеля от простейших преград § 129. Дифракция Фраунгофера от щели § 130. Дифракционная решетка § 131. Дифракция рентгеновских лучей § 132. Разрешающая сила объектива § 133. Голография ГЛАВА XIX. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА § 134. Естественный и поляризованный свет § 135. Поляризация при отражении и преломлении § 136. Поляризация при двойном лучепреломлении § 137. Интерференция поляризованных лучей § 138.  Прохождение плоскополяризованного света через кристаллическую пластинку§ 139. Кристаллическая пластинка между двумя поляризаторами § 140. Искусственное двойное лучепреломление § 141. Вращение плоскости поляризации ГЛАВА XX. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН С ВЕЩЕСТВОМ § 142. Дисперсия света § 143. Групповая скорость § 144. Элементарная теория дисперсии § 145. Поглощение света § 146. Рассеяние света § 147. Эффект Вавилова — Черенкова ГЛАВА XXI. ОПТИКА ДВИЖУЩИХСЯ СРЕД § 148. Скорость света § 149. Опыт Физо § 150. Опыт Майкельсона § 151. Эффект Доплера ПРИЛОЖЕНИЯ I. Единицы электрических и магнитных величин в СИ и в гауссовой системе Приложение II. Основные формулы электромагнетизма в СИ и в гауссовой системе Приложение III. Векторный потенциал |
физ.-мат. лит., 1988. — 496 с.
Ома и сопротивление – формула, уравнение, применение, ограничения и часто задаваемые вопросы
Согласно закону Ома, электричество, проходящее внутри проводника, прямо пропорционально разности потенциалов, по которой оно протекает.
Тем более, что электрическое сопротивление проводника постоянно. Математическое уравнение закона Ома:
R = V/I
Где
I = ток в амперах.
В = напряжение в вольтах.
R = сопротивление в омах.
Чтобы проиллюстрировать: Когда ток силой 1 А проходит через проводник с сопротивлением 1 Ом, возникает разность потенциалов 1 В. Это уравнение названо в честь ученого Георга Ома. Он опубликовал свои выводы в 1827 году.
Он провел ряд экспериментов, чтобы определить взаимосвязь между приложенным напряжением и током, проходящим через проводник.
(изображение скоро будет загружено)
Закон эмпирический. Закон Ома является одним из основных законов электротехники.
Единица электрического сопротивления в системе СИ = Ом.
Контурный закон Кирхгофа (данный Густавом Кирхгофом) сделал обобщение закона Ома и широко используется.
\[\sigma = \frac{J}{E}\]
Где,
σ = проводимость материала (зависит от материала),
Дж = плотность тока в определенном месте этого материала, и
E = электрическое поле в этом месте
Известные значения | Сопротивление (R) | Ток (I) | (V) | Power (P) |
CUMIT — | — | V = I × R | P = I² × R | |
Voltage & current | R = V ÷ I | — | — | P = V × I |
Power & current | R = P ÷ I² | — | V = P ÷ I | — |
Voltage & resistance | — | I = V ÷ R | — | P = V² ÷ Р |
Power & resistance | — | I = (P ÷ R)½ | V = (P × R)½ | — |
Voltage & Power | R = (V²) ÷ P | I = P ÷ v | — | —- |
Количество | Ohm’s Law Symbol | Unit of Measure (Abbreviation) | Role in Circuits | In Case You’re Wandering |
Voltage | V | Вольт В | Давление, вызывающее поток электронов | E = электродвижущая сила |
Ток | I | Ampere, amp A | Rate of electron flow | I = intensity |
Resistance | R | Ohm | Flow inhibitor | Ω = греческая буква омега |
Уравнение закона Ома
Формулу закона Ома можно использовать, когда известны любые две из трех переменных.
Существуют различные соотношения сопротивления, тока и напряжения. Для запоминания этих соотношений можно использовать калькулятор закона Ома.
Треугольник закона Ома
Если известны значения тока и сопротивления и требуется рассчитать значение напряжения, то просто закройте V вверху, чтобы рассчитать напряжение.
Теперь у нас остались I и R, которые нужно перемножить, чтобы получить значение напряжения.
Ниже приведен пример использования магического треугольника для определения напряжения.
\[R = \frac{V}{I}\]
(изображение скоро будет загружено)
или
V = IR
или
\[I = \frac{V}{R}\]
Это были уравнения закона Ома.
Диаграмма закона Ома
Для лучшего понимания взаимосвязи между различными параметрами мы можем просто свести уравнения, используемые для расчета напряжения, тока, сопротивления и мощности, в круговую диаграмму закона Ома, как указано ниже.
(изображение будет загружено в ближайшее время)
График закона Ома
Закон Ома показывает, что при постоянной температуре существует прямая зависимость между током и разностью потенциалов на его концах.
(изображение будет загружено в ближайшее время)
Исходя из утверждения, напряжение должно определять ток. Если мы отложим напряжение по оси X, а ток по оси Y графика, мы получим прямую линию, представляющую сопротивление.
Применение закона Ома
Некоторые из основных применений закона Ома:
Для определения напряжения, тока и сопротивления электрической цепи.
Закон Ома используется для поддержания падения напряжения на компонентах электроники.
Закон Ома используется для отклонения тока в амперметрах постоянного тока и шунтах постоянного тока.
Некоторые другие применения закона Ома:
Закон Ома контролирует общую работу электрических компонентов, обеспечивая переменное выходное напряжение в зависимости от сопротивления.
Принцип работы обогревателей, чайников и другого оборудования также основан на законе Ома. Зарядные устройства для мобильных телефонов и ноутбуков используют постоянный ток.
Для обычных бытовых целей электрическое напряжение составляет 120 вольт.
Ограничения закона Ома
Закон Ома не применяется для односторонних сетей. В односторонних сетях ток течет только в одном направлении. Односторонние сети состоят из таких элементов, как диоды и транзисторы.
Закон Ома неприменим к нелинейным электрическим элементам.
Нелинейные элементы — это те элементы, в которых ток, протекающий через них, не совсем пропорционален приложенному напряжению.Это означает, что значения сопротивления нелинейных элементов изменяются при изменении значения напряжения и тока. Тиристор — один из лучших нелинейных элементов.
Нелинейные элементы — это те элементы, в которых ток, протекающий через них, не совсем пропорционален приложенному напряжению.Расчет электрической мощности
Скорость, с которой электрическая энергия преобразуется в какую-либо другую форму энергии, такую как механическая энергия, энергия, хранящаяся в электрических и магнитных полях, тепловая энергия, известна как электрическая энергия.
Единицей мощности является ватт.
Значение электрической мощности можно рассчитать, используя формулу закона Ома и подставив значения напряжения, сопротивления и силы тока.
Как найти силу?
В случае, если даны значения тока и напряжения, значение мощности рассчитывается по формуле
P = V * I формула
P = V² ÷ R
Когда заданы значения напряжения и тока, мощность рассчитывается по формуле
P = I² × R
Знаете ли вы?
Сопротивление нельзя измерить в работающей цепи.
Вот почему закон Ома полезен, когда необходимо рассчитать сопротивление.
Вместо отключения цепи можно рассчитать закон Ома, используя приведенные выше формулы.
Калькулятор закона Ома
Введите любые два известных параметра цепи в приведенный ниже калькулятор закона Ома и рассчитайте оставшиеся два значения в соответствии с законом Ома.
| Напряжение (В) : | Вольт | |
| Ток (I) | Ампер Миллиампер | |
| Сопротивление (R) | ОмКилоОмМегаОм | |
| Мощность (П) | Вт |
Закон Ома является наиболее фундаментальным законом, который регулирует взаимосвязь между напряжением (V), током (I) и сопротивлением (R). Он был определен немецким ученым Георгом Симоном Омом и поэтому назван в его честь. Закон гласит, что « для любой цепи электрический ток (I) прямо пропорционален напряжению (В) и обратно пропорционален сопротивлению (R) ”.
Это самый фундаментальный закон, из которого были выведены все другие понятия; возможно, это будет первый закон, который знакомят всех, кто интересуется электроникой. Концепция этого закона очень проста, это просто означает, что напряжение в любых двух точках цепи всегда будет равно произведению сопротивления между двумя точками и током, протекающим через цепь. Математически это можно выразить как
V = IR
Где V=напряжение I=ток и R=сопротивление
Эту формулу также можно переписать в следующем виде:
В=ИК
И=В/Р
Р = В/И
Используя эти три формулы, вы можете рассчитать значение напряжения, тока или сопротивления. Как только вы узнаете любой из этих двух параметров, вы также можете рассчитать мощность, используя приведенные ниже формулы 9.0003
П=ВИ | П=И 2 Р | P= В 2 /R |
Давайте проверим наш принцип закона Ом на двух вышеуказанных цепях.