Закон Ома для полной цепи и для участка цепи варианты записи формулы, описание и объяснение


Содержание страницы:

Все об законе Ома

Закон Ома связывает сопротивление цепи с напряжением и током. Применение правил цепи этого закона дает возможность определить показатели для проектирования электроцепей. Электричество течет через материал, переносимый электронами, крошечными заряженными частицами внутри атомов. В металлах атомы заключены в твердую кристаллическую структуру. Хотя большинство электронов внутри этих атомов зафиксированы, некоторые могут проникать сквозь нее. Металлы оказывающие относительно небольшое сопротивление походящим через него электронам являются хорошими проводниками.

Формулировка закона

Закон относится к базовому положению в электротехнике.

Формула Ома для участка цепи:

  • V — напряжение между 2-мя точками, В;
  • R — сопротивление, свойство материала, используемого для описания противодействия потоку тока, Ом;
  • I — сила тока на участке цепи — поток электронов или электронно-дефицитных атомов, определяемая в А.

Преобразование пропорциональности в уравнение, приводит к постоянной «R» — сопротивлению.

В 1-м случае, закон Ома для участка цепи выражается формулой: I = V/R, понятно, что электроток рассчитывают делением V на R. 2-й вариант утверждает, что V рассчитывают, если известны I и R в цепи. Из уравнения очевидно, что если растут I или R, в то время как другой не изменяется, напряжение также должно возрасти.

Третий вариант подтверждает, что можно рассчитать R в цепи, перед тем, как найти сопротивление участка цепи по формуле нужно знать два других показателя. Если ток поддерживается постоянным, то рост напряжения приведет к увеличению сопротивления.

Для замкнутой цепи

Замкнутая цепь означает закрытое электросоединение, по которому циркулирует ток. Когда существует ряд проводов, соединяющих друг с другом и замыкающих цепь так, что I проходит от одного конца круга к другому, это будет замкнутая цепь.

ЭДС (Е) — обозначается и измеряется в вольтах и имеет отношение к напряжению, генерируемому батареей или магнитной силой по закону Фарадея, утверждающего, что изменяющееся во времени магнитное поле будет индуцировать электроток.

Тогда: Е = IR + Ir

Где: r — сопротивление источника тока.

Это выражение известно, как закон Ома цепей с замкнутым контуром.

Для неоднородного участка цепи

Возможно применение омовских расчетов для неоднородных цепей:

Если Еcт и Екул совпадут по направлению — ЭДС и напряжение будут иметь одинаковый знак.
Фактически в замкнутом участке сети V=0, поскольку кулоновское поле неактивно.

В связи с чем: I = E /(R+r), где: r — показатель относится источнику тока.

В дифференциальной форме

Формулу очень часто представляют в дифференциальном виде, поскольку проводник обычно неоднородный и потребуется разбить его на минимально возможные участки. Ток, проходящий через него, связан с величиной и направлением, поэтому считается скалярной величиной. Всякий раз, когда нужно найти результирующий ток через провод, берут алгебраическую сумму всех отдельных токов. Поскольку это правило действует только для скалярных величин, ток принимают также в качестве скалярной величины. Известно, через сечение проходит ток dI = jdS. Напряженье, на нем равняется Еdl, тогда для провода с постоянным сечением и равной протяженности будет верно соотношение:

Поэтому, выражение тока в векторном виде будет: j = E.

Важно! В случае металлических проводников с ростом температуры проводимость падает, а для полупроводников — растет. Омовский закон не демонстрирует строгую пропорциональность. Сопротивление большой группы металлов и сплавов исчезает при температуре, близкой к абсолютному нулю, а процесс называется сверхпроводимостью.

Для переменного тока

Нужно понимать, что закон не применим напрямую к переменным цепям, например, с катушками индуктивности, конденсаторами или линиям передач. Закон может использоваться только для чисто резистивных цепей переменного тока без каких-либо изменений. В цепи RLC противодействие току является импедансом Z, который образует комбинацию двух ортогональных частей сопротивления.

В этом случае Vm связано с Im с помощью константы пропорциональности Z (импеданса) и константы пропорциональности R. Для чисто резистивных линий, где (Z = R).

Vm = ImZ и Vm = ImR

Z — это общее сопротивление участка к переменному току, состоящее из реальной части — сопротивления и мнимой — реактивности.

Формула ее определяется теоремой Пифагора, поскольку угол Ф зависит от реактивной составляющей.

В интегральной форме

Данную форму можно получить из дифференциального выражения с использованием
теоремы Гаусса (дивергенции) к закону сохранения заряда. Для того чтобы вывести интегральный закон Ома для конкретной неоднородного проводника, показывают направление вектора плотности I, сам I и потенциалы на входе/ выходе.

Участок с положительной ЭДС (Е) источник, а с отрицательной — потребитель. Поэтому в записи закона Ома, его нужно писать в арифметическом выражении:

Единицы измерения

При выполнении расчетов по закону Ома используют совместимые единицы в СИ. Если отличны от «Ом»- для сопротивления, «Ампер» — для тока и «Вольт» — для напряжения, то перед выполнением расчетов выполняют преобразование единиц измерения. Например, килоомы должны быть переведены в омы, а микроамперы — в амперы.

Сопротивление — это свойство любого объекта или материала сопротивляться, или противостоять потоку электротока. Единицей его принят «Ом». Аббревиатура для электросопротивления — R, а символ — греческая буква омега. Для некоторых электрорасчетов используется его обратная величина проводимость — 1/R, символ, которой имеет обратное значение омеги.

Вольт — это энергия в 1 Дж, потребляемая, когда в цепи протекает электрозаряд в 1 кулон: 1 В = 1 Дж / 1С.
Ампер измеряет количество электрического заряда, который течет в электроцепи за 1 секунду: 1А = 1С / 1сек.

Взаимосвязь между величинами легко получить по треугольнику Ома. Это простой способ запомнить отношения напряжения, тока и сопротивления. Он служит уловкой, чтобы найти любую из трех величин, учитывая, что две другие известны.

При этом величины U, I и R расположены в виде треугольника, как показано на рисунке выше. Напряжение (U) находится наверху, а две другие величины, то есть ток (I) и сопротивление ®, расположены ниже рядом друг с другом горизонтально. Разделение между верхней и нижней частями указывает на деление, а линия, разделяющая левую и правую части на умножение.

I — сила тока

Единица тока — количества заряда ©, которое перемещается за единицу времени. Ампер (A) является общей единицей тока, равной 1 С/сек, а символом его — «I». Ток — внутреннее свойство, поскольку зависит от других аспектов, таких как размер системы. Чтобы точно сравнить величину тока для разных систем, ток нормализуется по площади или массе системы. Это описано следующими выражениями:

J = I / S;
J = I / m

  • J — плотность тока в мм2 или гр;
  • I — сила тока (A);
  • S — площадь сечения провода мм2;
  • m — масса (гр).

Обратите внимание! Часто «J» используется как ток вместо «I». Для того чтобы предотвратить путаницу с мнимыми числами, нужно уточнять символы, так как они могут варьироваться в зависимости от конкретного случая.

U — напряжение

Напряжение является еще одной важной единицей закона Ома, которая устанавливает объем работы, необходимой для перемещения заряда. Напряжение «V» измеряет электрический потенциал «Вольт», которым объект обладает по отношению к заряду. Подавая напряжение, выполняется работа, которая обеспечивает движение заряда. Количество заряда, известный как точечный заряд, его определение может быть выполнено следующим образом:

V = kq / (r • r), где:

  • V — электрический потенциал (V);
  • k — кулоновская постоянная = 8,99 × 10 9Н • м 2 • С −2;
  • q — заряд точки©;
  • r — расстояние от точечного заряда (м).

R — электрическое сопротивление

Сопротивление — величина обратная напряжению, ее можно сравнить с эффектом перемещения тела против движения в проточной воде. Единицей R принят «Ом», который обозначается заглавной греческой буквой «Омега».

Обратная величина сопротивления (1 /R) известна как проводимость, которая измеряет способность объекта проводить заряд, выраженную в единицах Siemens.

Используемая геометрически независимая величина называется удельным сопротивлением и обычно обозначается греческим символом r.

Дополнительная информация. Закон Ома помогает установить три важные показателя работы электросети, что упрощает расчет мощности. Он не применим к односторонним сетям имеющих такие элементы, как диод, транзистор и аналогичные им. И также он не применим к нелинейным элементам, примерами которых являются тиристоры, поскольку значение сопротивления этих элементов изменяется при разных данных напряжения и тока.

На более высоких частотах распределенное поведение становится доминирующим. То же самое происходит с очень длинными линиями электропередач. Даже на такой низкой частоте, как 60 Гц, очень длинная линия электропередачи, например, 30 км имеет распределенную природу. Основная причина заключается в том, что действующие электрические сигналы, распространяющиеся в цепях, представляют собой электромагнитные волны, а не вольт и ампер, которые инфицируются электромагнитной волной. Проводники просто действуют как направляющие для волн. Так, например, коаксиальный кабель будет показывать Z = 75 Ом, даже если его сопротивление постоянному току незначительно.

Закон Ома — это фундаментальный закон электротехники. Он имеет большое количество практических применений во всех электроцепях и электронных компонентах.

Наиболее распространённые примеры применения закона Ома:

  1. Мощность, подаваемая на электрический нагреватель. При условии сопротивления катушки нагревателя и приложенного напряжения, можно рассчитать мощность, подаваемую на этот нагреватель.
  2. Выбор предохранителей. Они являются компонентами защиты, которые соединяются последовательно с электронными устройствами. Предохранители/ CB рассчитаны в амперах. Текущий рейтинг предохранителя рассчитывается по закону Ома.
  3. Дизайн электронных устройств. Для электронных устройств, таких как ноутбук и мобильные телефоны, требуется источник питания постоянного тока сопределенным номинальным током. Типичные аккумуляторы для мобильных телефонов требуют 0,7-1 А. Резистор используется для контроля скорости тока, протекающего через эти компоненты. Закон Ома используется для расчета номинального тока в типовой схеме.

В свое время выводы Ома стали катализатором новых исследований в области электричества и сегодня они не утратили свою значимость, поскольку на них базируется современная электротехника. В 1841 году Ом был удостоен высшей награды Королевского общества, медали Копли, а термин «Ом» был признан единицей сопротивления еще в 1872 году.

Закон Ома для полной цепи: история и формулы.

Что же собой представляет закон Ома для полной цепи? Итак, это формула, в которой наглядно видна связь основных параметров электрической цепи: тока, напряжения и сопротивления. Для того чтобы понять суть закона, давайте для начала разберемся с некоторыми понятиями.

Что называют электрической цепью?

Электроцепь – это путь в электрической схеме, которым протекают заряды (электрические элементы, провода и другие устройства). Конечно же, ее началом считается источник электропитания. Под воздействием электромагнитного поля, фотонных явлений или химических процессов электрические заряды стремятся перейти на противоположную клемму этого источника электропитания.

Что такое электрический ток?

Направленное движение заряженных частиц при воздействии на них электрического поля либо других сторонних сил и называется электрическим током. Его направление определяется направленностью протонов (положительных зарядов). Ток будет постоянным, если с течением времени не изменилась ни его сила, ни направление.

История закона Ома

При проведении экспериментов с проводником физику Георгу Ому удалось установить, что сила тока пропорциональна напряжению, которое приложено к его концам:

I / sim U или I = G / U,

где G – электропроводность, а величина R = 1 / G – электрическое сопротивление проводника. Это открытие было установлено знаменитым немецким физиком в 1827 году.

Законы Ома

Для полной цепи определение будет следующим: сила тока в электроцепи равна отношению электродвижущей силы (далее ЭДС) источника к сумме сопротивлений:

где R – сопротивление внешней цепи, а r – внутреннее сопротивление источника тока. Довольно часто формулировка закона вызывает затруднения, поскольку не всем знакомо понятие ЭДС, ее отличие от напряжения, далеко не все знают, что означает и откуда появляется внутреннее сопротивление. Для этого и нужны пояснения, ведь закон Ома для полной цепи имеет глубокий смысл.

Формулировку закона для участка цепи можно назвать прозрачной. Речь идет о том, что для ее понимания не нужны дополнительные разъяснения: ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению:

Смысл

Закон Ома для полной цепи прочно связан с законом сохранения энергии. Давайте предположим, что источник тока не имеет внутреннего сопротивления. Что же в таком случае должно происходить? Оказывается, если бы отсутствовало сопротивление, то во внешнюю цепь отдавался бы ток большей величины, соответственно и мощность была бы большей.

Теперь пришло время разобраться с понятием электродвижущей силы. Эта величина представляет собой разность между электрическими потенциалами на клеммах источника, но только без какой-либо нагрузки. В качестве примера давайте возьмем напор воды в приподнятом баке. Уровень воды будет находиться на месте, пока ее не начнут расходовать. При открытии крана уровень жидкости будет уменьшаться, поскольку нет подкачки. Попадая в трубу, вода испытывает сопротивление, то же самое происходит и с электрическими зарядами в проводе.


При отсутствии нагрузок, клеммы находятся в разомкнутом состоянии, получается, что ЭДС и напряжение совпадают по величине. Если же мы, к примеру, включим лампочку, цепь замкнется, а электродвижущая сила создаст напряжение в ней, выполняя полезную работу. Часть энергии из-за внутреннего сопротивления рассеется (это называют потерями).

В том случае, если сопротивление потребителя меньше внутреннего, то на источнике тока выделяется большая мощность. И тогда происходит падение ЭДС во внешней цепи, а на внутреннем сопротивлении теряется существенная часть энергии. Суть законов сохранения заключается в том, что природа не может взять больше, чем отдать.

Хорошо знакома сущность внутреннего сопротивления обитателям «хрущевок», у которых в квартирах имеются кондиционеры, а старая проводка так и не была заменена. Электрический счетчик вращается с бешеной скоростью, нагревается розетка и стена в тех местах, где проходят старые алюминиевые провода, в результате чего кондиционер еле-еле охлаждает воздух в помещении.

Природа r

«Полный Ом» (как привыкли закон называть электрики) плохо понимается, поскольку у внутреннего сопротивления источника, как правило, не электрическая природа. Давайте разберемся с этим на примере солевой батарейки. Известно, что электрическая батарея состоит из нескольких элементов, мы же будем рассматривать лишь один. Итак, у нас имеется готовая батарея «Крона», состоящая из 7 последовательно соединенных элементов.

Как же происходит выработка тока? В сосуд с электролитом поместим угольный стержень в марганцевой оболочке, состоящий из положительных электродов или анодов. Конкретно в данном примере угольный стержень выступает токосъемником. Металлический цинк составляют отрицательные электроды (катоды). В покупных батарейках, как правило, гелевый электролит. Жидкий используется очень редко. В качестве отрицательного электрода выступает цинковый стаканчик с электролитом и анодами.

Оказывается, секрет батарейки кроется в том, что у марганца электрический потенциал не так высок, как у цинка. Поэтому электроны притягиваются к катоду, а он, в свою очередь, отталкивает положительно заряженные ионы цинка к аноду. В результате катод постепенно расходуется. Пожалуй, каждый знает, что если севшую батарейку своевременно не заменить, то она может потечь. С чем же это связано? Все очень просто: через разъединенный стаканчик начнет вытекать электролит.

При движении зарядов на угольном стержне в марганцевой оболочке накапливаются положительные заряды, в то время как на цинке собираются отрицательные. Поэтому их и называют анодом и катодом, однако внутри батарейки выглядят иначе. Разность между зарядами и создаст электродвижущую силу источника питания. Заряды прекратят движение в электролите, когда разность потенциалов материала электрода приравняется к величине ЭДС, а силы притяжения будут равны силам отталкивания.

Давайте теперь замкнем цепь: для этого достаточно подключить лампочку к батарейке. Проходя через искусственный источник света, заряды будут возвращаться каждый на свое место («дом»), а лампочка загорится. Внутри батарейки снова начнется движение электронов и ионов, поскольку заряды ушли наружу, и снова появилась притягивающая или отталкивающая сила.

На самом деле батарейка вырабатывает ток, почему и светится лампочка, происходит это за счет расхода цинка, превращающегося при этом процессе в иные химические соединения. Для извлечения чистого цинка, согласно закону сохранения энергии, нужно ее затратить, но не в электрическом виде (ровно столько же, сколько было отдано лампочке).

Теперь наконец-то мы можем разобраться с природой внутреннего сопротивления источника. В батарейке – это препятствие движению больших ионов. Движение электронов без ионов невозможно, потому что отсутствует сила притяжения.

В промышленных генераторах r появляется не только из-за электрического сопротивления обмоток, но и за счет внешних причин. Так, к примеру, в гидроэлектростанциях значение величины зависит от КПД турбины, сопротивления тока воды в водоводе, а также от потерь в механической передаче. Кроме того, некоторое влияние оказывает температура воды и то, насколько она заилена.

Переменный ток

Мы уже рассмотрели закон Ома для всей цепи для постоянного тока. Как же изменится формула при переменном токе? Прежде чем мы это узнаем, давайте охарактеризуем само понятие. Переменный ток – это движение электрически заряженных частиц, направление и значение которых изменяется с течением времени. В отличие от постоянного он сопровождается дополнительными факторами, порождающими новый вид сопротивления (реактивного). Свойственно оно конденсаторам и катушкам индуктивности.

Закон Ома для полной цепи для переменного тока имеет вид:

где Z – комплексное сопротивление, состоящее из активных и реактивных.

Не все так плохо

Закон Ома для полной цепи, помимо того что указывает на потери энергии, еще и подсказывает способы их устранения. Обычные электрики редко используют формулу нахождения комплексного сопротивления при наличии в схеме емкостей или индуктивностей. В большинстве случае ток измеряют клещами или специальным тестером. А когда известно напряжение, можно без затруднений вычислить комплексное сопротивление (если это действительно необходимо).

Закон Ома для участка цепи

Основным законом электротехники, при помощи которого можно изучать и рассчитывать электрические цепи, является закон Ома, устанавливающий соотношение между током, напряжением и сопротивлением. Необходимо отчетливо понимать его сущность и уметь правильно пользоваться им при решении практических задач. Часто в электротехнике допускаются ошибки из-за неумения правильно применить закон Ома.

Закон Ома для участка цепи гласит: ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.

Если увеличить в несколько раз напряжение, действующее в электрической цепи, то ток в этой цепи увеличится во столько же раз. А если увеличить в несколько раз сопротивление цепи, то ток во столько же раз уменьшится. Подобно этому водяной поток в трубе тем больше, чем сильнее давление и чем меньше сопротивление, которое оказывает труба движению воды.

В популярной форме этот закон можно сформулировать следующим образом: чем выше напряжение при одном и том же сопротивлении, тем выше сила тока и в то же время чем выше сопротивление при одном и том же напряжении, тем ниже сила тока.

Чтобы выразить закон Ома математически наиболее просто, считают, что сопротивление проводника, в котором при напряжении 1 В проходит ток 1 А, равно 1 Ом.

Ток в амперах можно всегда определить, если разделить напряжение в вольтах на сопротивление в омах. Поэтому закон Ома для участка цепи записывается следующей формулой:

Любой участок или элемент электрической цепи можно охарактеризовать при помощи трёх характеристик: тока, напряжения и сопротивления.

Как использовать треугольник Ома: закрываем искомую величину — два других символа дадут формулу для её вычисления. Кстати, законом Ома называется только одна формула из треугольника – та, которая отражает зависимость тока от напряжения и сопротивления. Две другие формулы, хотя и являются её следствием, физического смысла не имеют.

Расчеты, выполняемые с помощью закона Ома для участка цепи, будут правильны в том случае, когда напряжение выражено в вольтах, сопротивление в омах и ток в амперах. Если используются кратные единицы измерений этих величин (например, миллиампер, милливольт, мегаом и т. д.), то их следует перевести соответственно в амперы, вольты и омы. Чтобы подчеркнуть это, иногда формулу закона Ома для участка цепи пишут так:

Можно также рассчитывать ток в миллиамперах и микроамперах, при этом напряжение должно быть выражено в вольтах, а сопротивление — в килоомах и мегаомах соответственно.

Другие статьи про электричество в простом и доступном изложении:

Закон Ома справедлив для любого участка цепи. Если требуется определить ток в данном участке цепи, то необходимо напряжение, действующее на этом участке (рис. 1), разделить на сопротивление именно этого участка.

Рис 1. Применение закона Ома для участка цепи

Приведем пример расчета тока по закону Ома . Пусть требуется определить ток в лампе, имеющей сопротивление 2,5 Ом, если напряжение, приложенное к лампе, составляет 5 В. Разделив 5 В на 2,5 Ом, получим значение тока, равное 2 А. Во втором примере определим ток, который будет протекать под действием напряжения 500 В в цепи, сопротивление которой равно 0,5 МОм. Для этого выразим сопротивление в омах. Разделив 500 В на 500 000 Ом, найдем значение тока в цепи, которое равно 0,001 А или 1 мА.

Часто, зная ток и сопротивление, определяют с помощью закона Ома напряжение. Запишем формулу для определения напряжения

Из этой формулы видно, что напряжение на концах данного участка цепи прямо пропорционально току и сопротивлению . Смысл этой зависимости понять нетрудно. Если не изменять сопротивление участка цепи, то увеличить ток можно только путем увеличения напряжения. Значит при постоянном сопротивлении большему току соответствует большее напряжение. Если же надо получить один и тот же ток при различных сопротивлениях, то при большем сопротивлении должно быть соответственно большее напряжение.

Напряжение на участке цепи часто называют падением напряжения . Это нередко приводит к недоразумению. Многие думают, что падение напряжения есть какое-то потерянное ненужное напряжение. В действительности же понятия напряжение и падение напряжения равнозначны. Потери и падение напряжения — в чем различие?

Расчет напряжения с помощью закона Ома можно показать на следующем примере. Пусть через участок цепи с сопротивлением 10 кОм проходит ток 5 мА и требуется определить напряжение на этом участке.

Умножив I = 0,005 А на R —10 000 Ом, получим напряжение,равное 5 0 В. Можно было бы получить тот же результат, умножив 5 мА на 10 кОм: U = 50 В

В электронных устройствах ток обычно выражается в миллиамперах, а сопротивление — в килоомах. Поэтому удобно в расчетах по закону Ома применять именно эти единицы измерений.

По закону Ома рассчитывается также сопротивление, если известно напряжение и ток. Формула для этого случая пишется следующим образом: R = U/I.

Сопротивление всегда представляет собой отношение напряжения к току. Если напряжение увеличить или уменьшить в несколько раз, то ток увеличится или уменьшится в такое же число раз. Отношение напряжения к току, равное сопротивлению, остается неизменным.

Не следует понимать формулу для определения сопротивления в том смысле, что сопротивление данного проводника зависит оттока и напряжения. Известно, что оно зависит от длины, площади сечения и материала проводника. По внешнему виду формула для определения сопротивления напоминает формулу для расчета тока, но между ними имеется принципиальная разница.

Ток в данном участке цепи действительно зависит от напряжения и сопротивления и изменяется при их изменении. А сопротивление данного участка цепи является величиной постоянной, не зависящей от изменения напряжения и тока, но равной отношению этих величин.

Когда один и тот же ток проходит в двух участках цепи, а напряжения, приложенные к ним, различны, то ясно, что участок, к которому приложено большее напряжение, имеет соответственно большее сопротивление.

А если под действием одного и того же напряжения в двух разных участках цепи проходит различный ток, то меньший ток всегда будет на том участке, который имеет большее сопротивление. Все это вытекает из основной формулировки закона Ома для участка цепи, т. е. из того, что ток тем больше, чем больше напряжение и чем меньше сопротивление.

Расчет сопротивления с помощью закона Ома для участка цепи покажем на следующем примере. Пусть требуется найти сопротивление участка, через который при напряжении 40 В проходит ток 50 мА. Выразив ток в амперах, получим I = 0,05 А. Разделим 40 на 0,05 и найдем, что сопротивление составляет 800 Ом.

Закон Ома можно наглядно представить в виде так называемой вольт-амперной характеристики . Как известно, прямая пропорциональная зависимость между двумя величинами представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат. Такую зависимость принято называть линейной .

На рис. 2 показан в качестве примера график закона Ома для участка цепи с сопротивлением 100 Ом. По горизонтальной оси отложено напряжение в вольтах, а по вертикальной оси — ток в амперах. Масштаб тока и напряжения может быть выбран каким угодно. Прямая линия проведена так, что для любой ее точки отношение напряжения к току равно 100 Ом. Например, если U = 50 В, то I = 0,5 А и R = 50 : 0,5 = 100 Ом.

Рис. 2 . Закон Ома (вольт-амперная характеристика)

График закона Ома для отрицательных значений тока и напряжения имеет такой же вид. Это говорит о том, что ток в цепи проходит одинаково в обоих направлениях. Чем больше сопротивление, тем меньше получается ток при данном напряжении и тем более полого идет прямая.

Приборы, у которых вольт-амперная характеристика является прямой линией, проходящей через начало координат, т. е. сопротивление остается постоянным при изменении напряжения или тока, называются линейными приборами . Применяют также термины линейные цепи, линейные сопротивления.

Существуют также приборы, у которых сопротивление изменяется при изменении напряжения или тока. Тогда зависимость между током и напряжением выражается не по закону Ома, а более сложно. Для таких приборов вольт-амперная характеристика не будет прямой линией, проходящей через начало координат, а является либо кривой, либо ломаной линией. Эти приборы называются нелинейными .

Закон Ома для полной цепи и для участка цепи

Электрическую цепь образуют:

· источники электрической энергии (источники питания);

· её приемники (электродвигатели, электронагревательные приборы, лампы накаливания);

· вспомогательное оборудование (для включения и выключения электроустановок – рубильники, переключатели);

· электроизмерительные приборы (амперметры, вольтметры, ваттметры);

· защитные устройства (предохранители, автоматические выключатели).

В качестве источника электрической энергии (источника питания) применяют:

ü электрические генераторы;

ü гальванические элементы;

В приёмниках электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии.

Контур – замкнутая электрическая цепь, образуемая одной или несколькими ветвями.

Ветвь — участок электрической цепи, состоящей только из последовательно включенных источников ЭДС и сопротивлений, вдоль которого проходит один и тот же ток.

Рисунок 1.9. Одна ветвь электрической цепи

Узел– точка, в которой сходится не менее двух ветвей (рис. 1.10).

Рисунок 1.10 Узел электрической цепи

Электрическую цепь можно разделить на два участка: внутреннюю цепь (сам источник) и внешнюю цепь (линейные провода и приемники и т.д.).

Чертеж, на котором на котором изображены электрические цепи с помощью условных графических обозначений, называют электрической схемой(рис. 1.11).

Для того чтобы обеспечить непрерывное прохождение тока по электрической цепи необходимо:

· цепь должна быть замкнутой;

· на зажимах источника питания необходимо поддерживать разность потенциалов.

Рисунок 1.11. Электрическая схема

Во внешней цепи ток направлен от плюса к минусу, т.е. от точек с более высоким потенциалом к точкам с более низким потенциалом (от положительного зажима источника электрической энергии к отрицательному).

Внутри источника наоборот: заряды должны перемещаться от отрицательного зажима к положительному. Такое перемещение зарядов внутри источника совершается благодаря электродвижущей силе (э.д.с.), которая возбуждается внутри источника.

Э.д.с. поддерживает разность потенциалов на зажимах источника, обеспечивая прохождение тока по цепи и определяет собой напряжение источника питания.


Э.д.с. обозначается Е и численно равна работе, которую необходимо затратить на перемещение единичного положительного заряда от одного зажима к другому.

При составлении расчетных схем элементы электрической цепи, имеющие сопротивление обозначают в виде резисторов с сопротивлением R, то же относится к индуктивностям и емкостям, источники питания часто представляют с нулевым сопротивлением, а чтобы его учесть его сопротивление в схему добавляют резистор R0. Вспомогательные элементы в большинстве случаев имеют малые сопротивления и их не указывают на схемах.

Направления тока, напряжения и э.д.с. на схемах изображают стрелками, за положительное направление тока принимают движение положительных зарядов, т.е. от плюса к минусу. Положительное направление напряжения и э.д.с. совпадает с направлением тока.

Закон Ома для электрической цепи: сила токаI в электрической цепи равна э.д.с. источникаE, поделенного на полное сопротивление цепи, которое можно представить в виде суммы сопротивления приемника R и внутреннего сопротивления источника питанияR0.I=E/R; I=E/R+R0

Закон Омадля участка цепи (например, а-б): сила тока I на данном участке цепи равна напряжениюU, приложенному к участку, поделенному на сопротивление R этого участка. I=U/R; U=IR; R=U/I

Закон Ома применим только к линейным цепям.

1. Дайте понятие электрической цепи.

2. Какое условие должно выполняться, чтобы обеспечить непрерывное прохождение тока по электрической цепи?

3. Что применяют в качестве источника электрической энергии (источника питания)?

4. Перемещение зарядов внутри источника совершается благодаря …..

5. Как направлен ток во внешней цепи?

6. Какой элемент добавляют в электрическую схему чтобы учесть сопротивление источника?

7. На какие участки можно условно разделить электрическую цепь?

8. Сформулируйте закон Ома для полной электрической цепи.

9. Внутри источника ток направлен …..

10. Дайте определение электрической схемы?

11. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

1.5. Законы Кирхгофа. Способы соединения потребителей

Закон Ома устанавливает зависимость между силой тока, напряжением и сопротивлением для простейшей электрической цепи, представляющей собой один замкнутый контур.

В практике цепи имеют несколько замкнутых контуров и несколько узлов, к которым сходятся токи, проходящие по отдельным ветвям. Расчеты таких цепей производят с помощью законов Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа устанавливает зависимость между токами для узлов электрической цепи, к которым подходит несколько ветвей: алгебраическая сумма токов ветвей сходящихся в узле электрической цепи равна 0. ΣI=0

Рисунок 1.12. Распределение токов в узле

При этом токи, направленные к узлу берут с одним знаком, а от узла с другим. I1+ I2+ I3-I4=0,преобразуемI1+ I2+ I3=I4.

Первый закон Кирхгофа является следствием закона сохранения заряда, согласно которому в любом узле заряд одного знака не может ни накапливаться, ни убывать.

Второй закон Кирхгофа устанавливает зависимость между э.д.с. и напряжением в замкнутой цепи:

«Во всяком замкнутом контуре алгебраическая сумма э.д.с. равна алгебраической сумме падений напряжений на сопротивлениях, входящих в этот контур».ΣE=ΣIR.

Падением напряжения называется напряжение на концах каждого резистора, т.к. на эту величину уменьшается разность потенциалов источника тока.

Последовательное соединение резисторов:к концу первого из них подключается начало второго, к концу второго – начало третьего и т.д., т.е. резисторы соединены в виде цепочки. За начало можно принять любой конец резистора.

Недостатком последовательного соединения является зависимость напряжения на каждом их них от сопротивлений других приемников. В том случае, когда из строя выходит один приемник, ток отключается и в остальных приемниках.

Последовательно могут соединяться любые приемники (лампочки в гирлянде), в частности электрические двигатели. На электровозах постоянного тока в начальный период разгона поезда тяговые двигатели включены последовательно. Этим достигается уменьшение напряжения, приходящего на каждый двигатель.

Положительный зажим источника тока притягивает электроны с такой силой, с какой отрицательный зажим отталкивает их. Движение свободных электронов во всех частях последовательной цепи начинается одновременно с одинаковой скоростью. Через любое её поперечное сечение одновременно проходит равное число электронов, двигающихся с одинаковой скоростью. Поэтому при последовательном соединении(рис.1.13) по всем элементам цепи протекает один и тот же ток.

Рисунок 1.13. Последовательное включение резисторов

Если последовательно включеноnрезисторов с одинаковыми сопротивлениями R, то RЭ=n∙R.

Параллельное соединение резисторов:начала резисторов соединены в одну общую точку, а концы – в другую (рис.1.14).

При параллельном соединении (рис.1.10) нескольких приемников ко всем резисторам приложено одинаковое напряжениеI=I1+I2+I3,

I = + + = + + .Для двух резисторов: Rэ =

При параллельном включении n одинаковых резисторов RЭ= R/n.

Рисунок 1.14. Параллельное включение резисторов

Примером параллельного соединения цепей служит домашняя электрическая проводка. Лампы, утюг, радиоприёмник, телевизор – всё подключается к сети 220 В. Все штепсельные розетки имеют одну и ту же разность потенциалов.

Смешанное соединение резисторов:в цепи имеются одновременно и параллельное и последовательное их соединения.

Используется, когда необходимо получить в цепи различные величины токов и напряжений при одном источнике питания. Элементы, требующие одного и того же тока, соединяются последовательно, а элементы, требующие одного и того же напряжения – параллельно.

При смешанном соединении резисторов(рис.1.15)эквивалентное сопротивление определяют методом преобразования.

Рисунок 1.15. Смешанное соединение резисторов

На электровозах постоянного тока и некоторых тепловозах тяговые двигатели в процессе регулирования скорости движения нужно включать под различные напряжения, поэтому они в процессе разгона переключаются с последовательного соединения на параллельное.

Мостовая схема соединения резисторов (рис.1.16). В некоторых случаях (например, при электрических измерениях) резисторы включают по схеме моста.

Резисторы R1, R2, R3 и R4образуют плечи моста. Участки цепи, соединяющие точки а и с, а также b и d называются диагоналями моста. На одну диагональ подается напряжение от источника питания, а в другую включается какой-либо электроизмерительный прибор или аппарат.

Рисунок 1.16. Мостовые схемы соединения резисторов

При равенстве сопротивлений R1=R4 и R3=R2напряжения на участках аbиаd от токов I1 иI2,а такжена участках и будут одинаковыми, поэтому точки b и dбудут иметь одинаковые потенциалы. Если в диагональ bd включить резистор R, то ток через диагональ будет равен 0. Такой мост называется уравновешенным. Мост будет уравновешенным при равенстве отношений R1/R4 и R2/R3.При несоблюдении этих условий, через диагональ будет протекать ток, такой мост называется неуравновешенным.

Мостовая схема соединения резисторов представляет собой смешанное соединение резисторов и применяется для включения реле боксования на некоторых электровозах, в выпрямителях и др. (рис.1.17).

Реле Рвключается в диагональ моста, образованного двумя последовательно включенными электродвигателями М1 и М2 с токомIД, которые рассматриваются как источники э.д.с. Е1 и Е2,и двумя резисторами. При отсутствии боксования Е1= Е2. Токи, проходящие через резисторы, I1=I2. Поэтому ток в катушке реле I=I1 — I2=0

Рисунок 1.17. Схема включения реле боксования

При возникновении боксования частота вращения тягового двигателя, связанного с боксующей парой, резко возрастает, увеличивается его э.д.с., через обмотку реле пойдет ток, который вызовет его срабатывание. Реле включает сигнализацию и подачу песка или воздействует на систему управления электровоза.

1. Назовите виды соединения резисторов.

2. Сформулируйте первый закон Кирхгофа.

3. Как при смешанном соединении резисторов определяют эквивалентное сопротивление?

4. Закон Ома устанавливает зависимость между …..

5. Как располагаются резисторы при параллельном соединении?

6. Какое напряжение приложено ко всем резисторам при параллельном соединении нескольких приемников?

7. Второй закон Кирхгофа устанавливает зависимость между …..

8. Как располагаются резисторы при смешанном соединении.

9. Приведите пример параллельного соединения цепей.

10. Сформулируйте второй закон Кирхгофа.

11. Как располагаются резисторы при последовательном соединении.

12. В каких случаях применяется смешанное соединение цепей?

13. Принцип работы мостовой схемы.

14. В каких случаях применяется мостовая схема соединения цепей?

Дата добавления: 2020-04-22 ; просмотров: 2227 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Закон Ома для полной цепи

Если закон Ома для участка цепи знают почти все, то закон Ома для полной цепи вызывает затруднения у школьников и студентов. Оказывается, все до боли просто!

Идеальный источник ЭДС

Давайте вспомним, что такое ЭДС. ЭДС – это что-то такое, что создает электрический ток. Если к такому источнику напряжения подцепить любую нагрузку (хоть миллиард галогенных ламп, включенных параллельно), то он все равно будет выдавать такое же напряжение, какое-бы он выдавал, если бы мы вообще не цепляли никакую нагрузку.

Короче говоря, какая бы сила тока не проходила через цепь резистора, напряжение на концах источника ЭДС будет всегда одно и тоже. Такой источник ЭДС называют идеальным источником ЭДС.

Но как вы знаете, в нашем мире нет ничего идеального. То есть если бы в нашем аккумуляторе был идеальный источник ЭДС, тогда бы напряжение на клеммах аккумулятора никогда бы не проседало. Но оно проседает и тем больше, чем больше силы тока потребляет нагрузка. Что-то здесь не так. Но почему так происходит?

Внутреннее сопротивление источника ЭДС

Дело все в том, что в аккумуляторе “спрятано” сопротивление, которое условно говоря, цепляется последовательно с источником ЭДС аккумулятора. Называется оно внутренним сопротивлением или выходным сопротивлением. Обозначается маленькой буковкой “r “.

Выглядит все это в аккумуляторе примерно вот так:

Итак, что у нас получается в чистом виде?

Лампочка – это нагрузка, которая обладает сопротивлением. Значит, еще больше упрощаем схему и получаем:


Имеем идеальный источник ЭДС, внутреннее сопротивление r и сопротивление нагрузки R. Вспоминаем статью делитель напряжения. Там говорится, что напряжение источника ЭДС равняется сумме падений напряжения на каждом сопротивлении.

На резисторе R падает напряжение UR , а на внутреннем резисторе r падает напряжение Ur .

Теперь вспоминаем статью делитель тока. Сила тока, протекающая через последовательно соединенные сопротивления везде одинакова.

Вспоминаем алгебру за 5-ый класс и записываем все то, о чем мы с вами сейчас говорили. Из закона Ома для участка цепи получаем, что

Закон Ома для полной цепи

Итак, последнее выражение носит название “закон Ома для полной цепи”

Е – ЭДС источника питания, В

R – сопротивление всех внешних элементов в цепи, Ом

I – сила ток в цепи, А

r – внутреннее сопротивление источника питания, Ом

Просадка напряжения

Итак, знакомьтесь, автомобильный аккумулятор!

Для дальнейшего его использования, припаяем к нему два провода: красный на плюс, черный на минус

Наш подопечный готов к бою.

Теперь берем автомобильную лампочку-галогенку и тоже припаяем к ней два проводка с крокодилами. Я припаялся к клеммам на “ближний” свет.

Первым делом давайте замеряем напряжение на клеммах аккумулятора

12,09 вольт. Вполне нормально, так как наш аккумулятор выдает именно 12 вольт. Забегу чуток вперед и скажу, что сейчас мы замерили именно ЭДС.

Подключаем галогенную лампу к аккумулятору и снова замеряем напряжение:

Видели да? Напряжение на клеммах аккумулятора просело до 11,79 Вольт!

А давайте замеряем, сколько потребляет тока наша лампа в Амперах. Для этого составляем вот такую схемку:

Желтый мультиметр у нас будет замерять напряжение, а красный мультиметр – силу тока. Как замерять с помощью мультиметра силу тока и напряжение, можно прочитать в этой статье.

Смотрим на показания приборов:

Как мы видим, наша лампа потребляет 4,35 Ампер. Напряжение просело до 11,79 Вольт.

Давайте вместо галогенной лампы поставим простую лампочку накаливания на 12 Вольт от мотоцикла

Лампочка потребляет силу тока в 0,69 Ампер. Напряжение просело до 12 Вольт ровно.

Какие выводы можно сделать? Чем больше нагрузка потребляет силу тока, тем больше просаживается напряжение на аккумуляторе.

Как найти внутреннее сопротивление источника ЭДС

Давайте снова вернемся к этой фотографии

Так как у нас в этом случае цепь разомкнута (нет внешней нагрузки), следовательно сила тока в цепи I равняется нулю. Значит, и падение напряжение на внутреннем резисторе Ur тоже будет равняться нулю. В итоге, у нас остается только источник ЭДС, у которого мы и замеряем напряжение. В нашем случае ЭДС=12,09 Вольт.

Как только мы подсоединили нагрузку, то у нас сразу же упало напряжение на внутреннем сопротивлении и на нагрузке, в данном случае на лампочке:

Сейчас на нагрузке (на галогенке) у нас упало напряжение UR=11,79 Вольт, следовательно, на внутреннем сопротивлении падение напряжения составило Ur=E-UR=12,09-11,79=0,3 Вольта. Сила тока в цепи равняется I=4,35 Ампер. Как я уже сказал, ЭДС у нас равняется E=12,09 Вольт. Следовательно, из закона Ома для полной цепи высчитываем, чему у нас будет равняться внутреннее сопротивление r

Резюме

Внутреннее сопротивление бывает не только у различных химических источников напряжения. Внутренним сопротивлением также обладают и различные измерительные приборы. Это в основном вольтметры и осциллографы.

Дело все в том, что если подключить нагрузку R, сопротивление у которой будет меньше или даже равно r, то у нас очень сильно просядет напряжение. Это можно увидеть, если замкнуть клеммы аккумулятора толстым медным проводом и замерять в это время напряжение на клеммах. Но я не рекомендую этого делать ни в коем случае! Поэтому, чем высокоомнее нагрузка (ну то есть чем выше сопротивление нагрузки R ), тем меньшее влияние оказывает эта нагрузка на источник электрической энергии.

Вольтметр и осциллограф при замере напряжения тоже чуть-чуть просаживают напряжение замеряемого источника напряжения, потому как являются нагрузкой с большим сопротивлением. Именно поэтому самый точный вольтметр и осциллограф имеют ну очень большое сопротивление между своими щупами.

Закон Ома

Зако́н О́ма — эмпирический физический закон, определяющий связь электродвижущей силы источника (или электрического напряжения) с силой тока, протекающего в проводнике, и сопротивлением проводника. Установлен Георгом Омом в 1826 году (опубликован в 1827 году) и назван в его честь.

В своей работе [1] Ом записал закон в следующем виде:

  • X — показания гальванометра (в современных обозначениях, сила тока I );
  • a — величина, характеризующая свойства источника напряжения, постоянная в широких пределах и не зависящая от величины тока (в современной терминологии, электродвижущая сила (ЭДС) ε );
  • l — величина, определяемая длиной соединяющих проводов (в современных представлениях соответствует сопротивлению внешней цепи R );
  • b — параметр, характеризующий свойства всей электрической установки (в современных представлениях, параметр, в котором можно усмотреть учёт внутреннего сопротивления источника тока r ).

Формула (1) при использовании современных терминов выражает закон Ома для полной цепи:

Из закона Ома для полной цепи вытекают следующие следствия:

где U <\displaystyle U>есть напряжение, или падение напряжения (или, что то же, разность потенциалов между началом и концом участка проводника), тоже называют «законом Ома».

Таким образом, электродвижущая сила в замкнутой цепи, по которой течёт ток в соответствии с (2) и (3) равняется:

То есть сумма падений напряжения на внутреннем сопротивлении источника тока и на внешней цепи равна ЭДС источника. Последний член в этом равенстве специалисты называют «напряжением на зажимах», поскольку именно его показывает вольтметр, измеряющий напряжение источника между началом и концом присоединённой к нему замкнутой цепи. В таком случае оно всегда меньше ЭДС.

К другой записи формулы (3), а именно:

применима другая формулировка:

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи.

Выражение (5) можно переписать в виде

где коэффициент пропорциональности G назван проводимость или электропроводность. Изначально единицей измерения проводимости был «обратный ом» — Mо [3] , в Международной системе единиц (СИ) единицей измерения проводимости является си́менс (русское обозначение: См; международное: S), величина которого равна обратному ому.

Содержание

В соответствии с этой диаграммой формально может быть записано выражение:

которое всего лишь позволяет вычислить (применительно к известному току, создающему на заданном участке цепи известное напряжение), сопротивление этого участка. Но математически корректное утверждение о том, что сопротивление проводника растёт прямо пропорционально приложенному к нему напряжению и обратно пропорционально пропускаемому через него току, физически ложно.

В специально оговорённых случаях сопротивление может зависеть от этих величин, но по умолчанию оно определяется лишь физическими и геометрическими параметрами проводника:

Закон Ома и ЛЭП

Одним из важнейших требований к линиям электропередачи (ЛЭП) является уменьшение потерь при доставке энергии потребителю. Эти потери в настоящее время заключаются в нагреве проводов, то есть переходе энергии тока в тепловую энергию, за что ответственно омическое сопротивление проводов. Иными словами, задача состоит в том, чтобы довести до потребителя как можно более значительную часть мощности источника тока P <\displaystyle P>= ε I <\displaystyle <\varepsilon \!I\!>> при минимальных потерях мощности в линии передачи P ( r ) = U I , <\displaystyle P(r)=UI,>где U = I r , <\displaystyle U\!=Ir,>причём r <\displaystyle r>на этот раз есть суммарное сопротивление проводов и внутреннего сопротивления генератора (последнее всё же меньше сопротивления линии передач).

В таком случае потери мощности будут определяться выражением

Отсюда следует, что при постоянной передаваемой мощности её потери растут прямо пропорционально длине ЛЭП и обратно пропорционально квадрату ЭДС. Таким образом, желательно всемерное увеличение ЭДС. Однако ЭДС ограничивается электрической прочностью обмотки генератора, поэтому повышать напряжение на входе линии следует уже после выхода тока из генератора, что для постоянного тока является проблемой. Однако для переменного тока эта задача много проще решается с помощью использования трансформаторов, что и предопределило повсеместное распространение ЛЭП на переменном токе. Однако при повышении напряжения в линии возникают потери на коронирование и возникают трудности с обеспечением надёжности изоляции от земной поверхности. Поэтому наибольшее практически используемое напряжение в дальних ЛЭП обычно не превышает миллиона вольт.

Кроме того, любой проводник, как показал Дж. Максвелл, при изменении силы тока в нём излучает энергию в окружающее пространство, и потому ЛЭП ведёт себя как антенна, что заставляет в ряде случаев наряду с омическими потерями брать в расчёт и потери на излучение.

Полезно переписать закон Ома в так называемой дифференциальной форме, в которой зависимость от геометрических размеров исчезает, и тогда закон Ома описывает исключительно электропроводящие свойства материала. Для изотропных материалов имеем:

Все величины, входящие в это уравнение, являются функциями координат и, в общем случае, времени. Если материал анизотропен, то направления векторов плотности тока и напряжённости могут не совпадать. В этом случае удельная проводимость σ i j <\displaystyle \sigma _> является симметричным тензором ранга (1, 1), а закон Ома, записанный в дифференциальной форме, приобретает вид

Раздел физики, изучающий течение электрического тока (и другие электромагнитные явления) в различных средах, называется электродинамикой сплошных сред.

Вышеприведённые соображения о свойствах электрической цепи при использовании источника (генератора) с переменной во времени ЭДС остаются справедливыми. Специальному рассмотрению подлежит лишь учёт специфических свойств потребителя, приводящих к разновременности достижения напряжением и током своих максимальных значений, то есть учёт фазового сдвига.

Если ток является синусоидальным с циклической частотой ω , а цепь содержит не только активные, но и реактивные компоненты (ёмкости, индуктивности), то закон Ома обобщается; величины, входящие в него, становятся комплексными:

При этом переход от комплексных переменных в значениях тока и напряжения к действительным (измеряемым) значениям может быть произведён взятием действительной или мнимой части (но во всех элементах цепи одной и той же!) комплексных значений этих величин. Соответственно, обратный переход строится для, к примеру, U = U 0 sin ⁡ ( ω t + φ ) <\displaystyle U=U_<0>\sin(\omega t+\varphi )> подбором такой U = U 0 e i ( ω t + φ ) , <\displaystyle \mathbb =U_<0>e^,> что Im ⁡ U = U . <\displaystyle \operatorname \mathbb =U.> Тогда все значения токов и напряжений в схеме надо считать как F = Im ⁡ F . <\displaystyle F=\operatorname \mathbb .>

Если ток изменяется во времени, но не является синусоидальным (и даже периодическим), то его можно представить как сумму синусоидальных Фурье-компонент. Для линейных цепей можно считать компоненты фурье-разложения тока действующими независимо. Нелинейность цепи приводит к возникновению гармоник (колебаний с частотой, кратной частоте тока, действующего на цепь), а также колебаний с суммарными и разностными частотами. Вследствие этого закон Ома в нелинейных цепях, вообще говоря, не выполняется.

Закон Ома, в отличие от, например, закона Кулона, является не фундаментальным физическим законом, а лишь эмпирическим соотношением, хорошо описывающим наиболее часто встречаемые на практике типы проводников в приближении небольших частот, плотностей тока и напряжённостей электрического поля, но перестающим соблюдаться в ряде ситуаций.

В классическом приближении закон Ома можно вывести при помощи теории Друде:

Проводники и элементы, для которых соблюдается закон Ома, называются омическими.

Закон Ома может не соблюдаться:

  • При высоких частотах, когда скорость изменения электрического поля настолько велика, что нельзя пренебрегать инерционностью носителей заряда.
  • При низких температурах для веществ, обладающих сверхпроводимостью.
  • При заметном нагреве проводника проходящим током, в результате чего зависимость напряжения от тока (вольт-амперная характеристика) приобретает нелинейный характер. Классическим примером такого элемента является лампа накаливания.
  • При приложении к проводнику или диэлектрику (например, воздуху или изоляционной оболочке) высокого напряжения, вследствие чего возникает пробой.
  • В вакуумных и газонаполненных электронных лампах (в том числе люминесцентных).
  • В гетерогенных полупроводниках и полупроводниковых приборах, имеющих p-n-переходы, например, в диодах и транзисторах.
  • В контактах металл-диэлектрик (вследствие образования пространственного заряда в диэлектрике) [4] .

Просто о фундаментальном: определение и формула закона Ома для полной цепи

Изучая электричество, ученые открыли ряд законов, характеризующих это явление.

Для конструирования электрических устройств и схем, знать их надо обязательно.

Один из главных – закон Ома для полной цепи. О формулах и определениях простыми словами читайте далее.

Источник тока


Электроцепь – это замкнутая последовательность токопроводящих элементов, по которой движется поток электронов, этот процесс сопровождается:

  • выделением тепла;
  • излучением света;
  • возникновением магнитного поля.

Все эти явления – составляющие энергии, которая каким-то образом возникает в цепи. Действие электростатического поля здесь ни при чем: его работа при передвижении носителей заряда по замкнутому пути нулевая.

Значит, движение потока электронов по цепи лишь при определенном условии: в ее схеме имеется зона, где электроны перемещаются вопреки электростатическому полю. Это и есть источник тока (ИТ). В ИТ на носители зарядов воздействуют сторонние силы (СС). Их природа отлична от электростатического поля.

Воздействуя на заряженные частицы, СС разделяют их по полюсам: на одном из них скапливаются положительные, на другом – отрицательные. В результате такой сортировки, формируется электростатическое поле – оно-то и заставляет двигаться свободные заряженные частицы за пределами ИТ (внешней цепи).

Природа сил-инициаторов движения электронного потока зависит от вида ИТ, наиболее распространенные разновидности:

  1. химический. Процесс обусловлен соответствующей реакцией, сопровождающей взаимодействие веществ. Примером химического ИТ может служить пара электродов – цинкового и медного – погруженных в серную кислоту. Оба металла в результате реакции теряют ионы, зараженные положительно (катионы). Но цинк делает это быстрее, поэтому между ним и медью возникает разность потенциалов. Если соединить электроды проводником, по нему будут двигаться свободные электроны. При этом медный электрод будет играть роль положительного полюса, а цинковый – отрицательного;
  2. механический. Источники такого типа называют генераторами или динамо-машинами. В них СС – продукт действия вихревого магнитного поля, обусловленного наличием переменного магнитного поля. Фактически магнитное поле в генераторе присутствует постоянно, но за счет вращения проводника в нем (в некоторых моделях вращают магнит) обеспечивается регулярное изменение параметров. В данном случае источником поступающей в электроцепь энергии является механическая, побуждающая ротор генератора к вращению.

Процесс возникновения электротока под действием переменного магнитного поля называется электромагнитной индукцией.

Электродвижущая сила источника тока

Двигая разноименные частицы к противоположным полюсам ИТ, сторонние силы преодолевают сопротивление электростатического поля. Следовательно, они совершают некую работу Ас. Она пропорциональна заряду q, перемещаемому за тот же промежуток времени вдоль электроцепи.

Что такое электродвижущая сила

Иными словами, Ас/q остается постоянным при любом значении данных величин, а следовательно, это соотношение может выступать характеристикой ИТ. Называют ее электродвижущей силой (ЭДС) и обозначают литерой Ԑ = Ас / q

Важно понимать условность данного термина. ЭДС – это не механическая сила, а энергетический параметр ИТ. ЭДС измеряется в тех же единицах, что и разность потенциалов (напряжение) – в вольтах (В). Например, у пальчиковой батарейки с полным зарядом, Ԑ составляет 1,5 В.

Формулировка для полной цепи

Сила тока – это количество заряда, перемещенного через поперечное сечение сердечника за единицу времени: I = q / t. Следовательно, q = I*t. Поскольку Е = Ас / q, то Ас = Е * q = E * I * t.

Закон Ома для полной цепи

В соответствии с законом сохранения энергии Ас равна количеству тепла, выделяемого в ИТ (Qвнутр) и внешней цепи (Qвнеш). Qвнеш = I 2 * R * t, где R – сопротивление внешней цепи. Qвнутр = I 2 * r * t, где r – сопротивление ИТ. Поскольку Ас = Qвнеш + Qвнутр, то Ԑ* I * t = I 2 * R * t + I 2 * r * t

Сократив в обеих частях уравнения t и I, получим: Ԑ = I * R + I * r, отсюда I = Ԑ / (R + r). Последнее выражение и есть закон Ома для полной цепи. Сумма (R + r) является полным сопротивлением цепи.

ЭДС. Закон Ома для полной цепи

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: электродвижущая сила, внутреннее сопротивление источника тока, закон Ома для полной электрической цепи.

До сих пор при изучении электрического тока мы рассматривали направленное движение свободных зарядов во внешней цепи, то есть в проводниках, подсоединённых к клеммам источника тока.

Как мы знаем, положительный заряд :

• уходит во внешнюю цепь с положительной клеммы источника;

• перемещается во внешней цепи под действием стационарного электрического поля, создаваемого другими движущимися зарядами;

• приходит на отрицательную клемму источника, завершая свой путь во внешней цепи.

Теперь нашему положительному заряду нужно замкнуть свою траекторию и вернуться на положительную клемму. Для этого ему требуется преодолеть заключительный отрезок пути — внутри источника тока от отрицательной клеммы к положительной. Но вдумайтесь: идти туда ему совсем не хочется! Отрицательная клемма притягивает его к себе, положительная клемма его от себя отталкивает, и в результате на наш заряд внутри источника действует электрическая сила , направленная против движения заряда (т.е. против направления тока).

Сторонняя сила

Тем не менее, ток по цепи идёт; стало быть, имеется сила, «протаскивающая» заряд сквозь источник вопреки противодействию электрического поля клемм (рис. 1 ).

Рис. 1. Сторонняя сила

Эта сила называется сторонней силой; именно благодаря ей и функционирует источник тока. Сторонняя сила не имеет отношения к стационарному электрическому полю — у неё, как говорят, неэлектрическое происхождение; в батарейках, например, она возникает благодаря протеканию соответствующих химических реакций.

Обозначим через работу сторонней силы по перемещению положительного заряда q внутри источника тока от отрицательной клеммы к положительной. Эта работа положительна, так как направление сторонней силы совпадает с направлением перемещения заряда. Работа сторонней силы называется также работой источника тока.

Во внешней цепи сторонняя сила отсутствует, так что работа сторонней силы по перемещению заряда во внешней цепи равна нулю. Поэтому работа сторонней силы по перемещению заряда вокруг всей цепи сводится к работе по перемещению этого заряда только лишь внутри источника тока. Таким образом, — это также работа сторонней силы по перемещению заряда по всей цепи.

Мы видим, что сторонняя сила является непотенциальной — её работа при перемещении заряда по замкнутому пути не равна нулю. Именно эта непотенциальность и обеспечивает циркулирование электрического тока; потенциальное электрическое поле, как мы уже говорили ранее, не может поддерживать постоянный ток.

Опыт показывает, что работа прямо пропорциональна перемещаемому заряду . Поэтому отношение уже не зависит от заряда и является количественной характеристикой источника тока. Это отношение обозначается :

Данная величина называется электродвижущей силой (ЭДС) источника тока. Как видим, ЭДС измеряется в вольтах (В), поэтому название «электродвижущая сила» является крайне неудачным. Но оно давно укоренилось, так что приходится смириться.

Когда вы видите надпись на батарейке: «1,5 В», то знайте, что это именно ЭДС. Равна ли эта величина напряжению, которое создаёт батарейка во внешней цепи? Оказывается, нет! Сейчас мы поймём, почему.

Закон Ома для полной цепи

Любой источник тока обладает своим сопротивлением , которое называется внутренним сопротивлением этого источника. Таким образом, источник тока имеет две важных характеристики: ЭДС и внутреннее сопротивление.

Пусть источник тока с ЭДС, равной , и внутренним сопротивлением подключён к резистору (который в данном случае называется внешним резистором, или внешней нагрузкой, или полезной нагрузкой). Всё это вместе называется полной цепью (рис. 2 ).

Рис. 2. Полная цепь

Наша задача — найти силу тока в цепи и напряжение на резисторе .

За время по цепи проходит заряд . Согласно формуле (1) источник тока совершает при этом работу:

Так как сила тока постоянна, работа источника целиком превращается в теплоту, которая выделяется на сопротивлениях и . Данное количество теплоты определяется законом Джоуля–Ленца:

Итак, , и мы приравниваем правые части формул (2) и (3) :

После сокращения на получаем:

Вот мы и нашли ток в цепи:

Формула (4) называется законом Ома для полной цепи.

Если соединить клеммы источника проводом пренебрежимо малого сопротивления , то получится короткое замыкание. Через источник при этом потечёт максимальный ток — ток короткого замыкания:

Из-за малости внутреннего сопротивления ток короткого замыкания может быть весьма большим. Например, пальчиковая батарейка разогревается при этом так, что обжигает руки.

Зная силу тока (формула (4) ), мы можем найти напряжение на резисторе с помощью закона Ома для участка цепи:

Это напряжение является разностью потенциалов между точками и (рис. 2 ). Потенциал точки равен потенциалу положительной клеммы источника; потенциал точки равен потенциалу отрицательной клеммы. Поэтому напряжение (5) называется также напряжением на клеммах источника.

Мы видим из формулы (5) , что в реальной цепи будет — ведь умножается на дробь, меньшую единицы. Но есть два случая, когда .

1. Идеальный источник тока. Так называется источник с нулевым внутренним сопротивлением. При формула (5) даёт .

2. Разомкнутая цепь. Рассмотрим источник тока сам по себе, вне электрической цепи. В этом случае можно считать, что внешнее сопротивление бесконечно велико: . Тогда величина неотличима от , и формула (5) снова даёт нам .

Смысл этого результата прост: если источник не подключён к цепи, то вольтметр, подсоединённый к полюсам источника, покажет его ЭДС.

КПД электрической цепи

Нетрудно понять, почему резистор называется полезной нагрузкой. Представьте себе, что это лампочка. Теплота, выделяющаяся на лампочке, является полезной, так как благодаря этой теплоте лампочка выполняет своё предназначение — даёт свет.

Количество теплоты, выделяющееся на полезной нагрузке за время , обозначим .

Если сила тока в цепи равна , то

Некоторое количество теплоты выделяется также на источнике тока:

Полное количество теплоты, которое выделяется в цепи, равно:

КПД электрической цепи — это отношение полезного тепла к полному:

КПД цепи равен единице лишь в том случае, если источник тока идеальный .

Закон Ома для неоднородного участка

Простой закон Ома справедлив для так называемого однородного участка цепи — то есть участка, на котором нет источников тока. Сейчас мы получим более общие соотношения, из которых следует как закон Ома для однородного участка, так и полученный выше закон Ома для полной цепи.

Участок цепи называется неоднородным, если на нём имеется источник тока. Иными словами, неоднородный участок — это участок с ЭДС.

На рис. 3 и источник тока. ЭДС источника равна , его внутреннее сопротивление считаем равным нулю (усли внутреннее сопротивление источника равно , можно просто заменить резистор на резистор ).

Рис. 3. ЭДС «помогает» току:

Сила тока на участке равна , ток течёт от точки к точке . Этот ток не обязательно вызван одним лишь источником . Рассматриваемый участок, как правило, входит в состав некоторой цепи (не изображённой на рисунке), а в этой цепи могут присутствовать и другие источники тока. Поэтому ток является результатом совокупного действия всех источников, имеющихся в цепи.

Пусть потенциалы точек и равны соответственно и . Подчеркнём ещё раз, что речь идёт о потенциале стационарного электрического поля, порождённого действием всех источников цепи — не только источника, принадлежащего данному участку, но и, возможно, имеющихся вне этого участка.

Напряжение на нашем участке равно: . За время через участок проходит заряд , при этом стационарное электрическое поле совершает работу:

Кроме того, положительную работу совершает источник тока (ведь заряд прошёл сквозь него!):

Сила тока постоянна, поэтому суммарная работа по продвижению заряда , совершаемая на участке стационарным элетрическим полем и сторонними силами источника, целиком превращается в тепло: .

Подставляем сюда выражения для , и закон Джоуля–Ленца:

Сокращая на , получаем закон Ома для неоднородного участка цепи:


или, что то же самое:

Обратите внимание: перед стоит знак «плюс». Причину этого мы уже указывали — источник тока в данном случае совершает положительную работу, «протаскивая» внутри себя заряд от отрицательной клеммы к положительной. Попросту говоря, источник «помогает» току протекать от точки к точке .

Отметим два следствия выведенных формул (6) и (7) .

1. Если участок однородный, то . Тогда из формулы (6) получаем — закон Ома для однородного участка цепи.

2. Предположим, что источник тока обладает внутренним сопротивлением . Это, как мы уже упоминали, равносильно замене на :

Теперь замкнём наш участок, соединив точки и . Получим рассмотренную выше полную цепь. При этом окажется, что и предыдущая формула превратится в закон Ома для полной цепи:

Таким образом, закон Ома для однородного участка и закон Ома для полной цепи оба вытекают из закона Ома для неоднородного участка.

Может быть и другой случай подключения, когда источник «мешает» току идти по участку. Такая ситуация изображена на рис. 4 . Здесь ток, идущий от к , направлен против действия сторонних сил источника.

Рис. 4. ЭДС «мешает» току:

Как такое возможно? Очень просто: другие источники, имеющиеся в цепи вне рассматриваемого участка, «пересиливают» источник на участке и вынуждают ток течь против . Именно так происходит, когда вы ставите телефон на зарядку: подключённый к розетке адаптер вызывает движение зарядов против действия сторонних сил аккумулятора телефона, и аккумулятор тем самым заряжается!

Что изменится теперь в выводе наших формул? Только одно — работа сторонних сил станет отрицательной:

Тогда закон Ома для неоднородного участка примет вид:

где по-прежнему — напряжение на участке.

Давайте соберём вместе формулы (7) и (8) и запишем закон Ома для участка с ЭДС следующим образом:

Ток при этом течёт от точки к точке . Если направление тока совпадает с направлением сторонних сил, то перед ставится «плюс»; если же эти направления противоположны, то ставится «минус».

Звоните нам: 8 (800) 775-06-82 (бесплатный звонок по России) +7 (495) 984-09-27 (бесплатный звонок по Москве)

Или нажмите на кнопку «Узнать больше», чтобы заполнить контактную форму. Мы обязательно Вам перезвоним.

Закон Ома

В 1826 величайший немецкий физик Георг Симон Ом публикует свою работу «Определение закона, по которому металлы проводят контактное электричество», где дает формулировку знаменитому закону. Ученые того времени встретили враждебно публикации великого физика. И лишь после того, как другой ученый – Клод Пулье, пришел к тем же выводам опытным путем, закон Ома признали во всем мире.

Закон Ома – физическая закономерность, которая определяет взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением проводника. Он имеет две основные формы.

Закон Ома для участка цепи

Формулировка закона Ома для участка цеписила тока прямо пропорциональна напряжению, и обратно пропорциональна сопротивлению .

Это простое выражение помогает на практике решать широчайший круг вопросов. Для лучшего запоминания решим задачу.

Задача 1.1

Рассчитать силу тока, проходящую по медному проводу длиной 100 м, площадью поперечного сечения 0,5 мм 2 , если к концам провода приложено напряжение 12 B.

Задача простая, заключается в нахождении сопротивления медной проволоки с последующим расчетом силы тока по формуле закона Ома для участка цепи. Приступим.

Закон Ома для полной цепи

Формулировка закона Ома для полной цеписила тока прямо пропорциональна сумме ЭДС цепи, и обратно пропорциональна сумме сопротивлений источника и цепи , где E – ЭДС, R- сопротивление цепи, r – внутреннее сопротивление источника.

Здесь могут возникнуть вопросы. Например, что такое ЭДС? Электродвижущая сила — это физическая величина, которая характеризует работу внешних сил в источнике ЭДС. К примеру, в обычной пальчиковой батарейке, ЭДС является химическая реакция, которая заставляет перемещаться заряды от одного полюса к другому. Само слово электродвижущая говорит о том, что эта сила двигает электричество, то есть заряд.

В каждом источнике присутствует внутреннее сопротивление r, оно зависит от параметров самого источника. В цепи также существует сопротивление R, оно зависит от параметров самой цепи.

Формулу закона Ома для полной цепи можно представить в другом виде. А именно: ЭДС источника цепи равна сумме падений напряжения на источнике и на внешней цепи.

Для закрепления материала, решим две задачи на формулу закона Ома для полной цепи .

Задача 2.1

Найти силу тока в цепи, если известно что сопротивление цепи 11 Ом, а источник подключенный к ней имеет ЭДС 12 В и внутреннее сопротивление 1 Ом.

Теперь решим задачу посложнее.

Задача 2.2

Источник ЭДС подключен к резистору сопротивлением 10 Ом с помощью медного провода длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм 2 . Найти силу тока, зная что ЭДС источника равно 12 В, а внутреннее сопротивление 1,9825 Ом.

Мнемоническая диаграмма

Для лучшего запоминания закона Ома существует мнемоническая диаграмма, благодаря которой можно всегда напомнить себе формулу. Пользоваться этой диаграммой очень просто. Достаточно закрыть искомую величину и две другие укажут, как её найти . Потренируйтесь, это может вам пригодится.

Успехов в изучении электричества! Рекомендуем прочесть статью — законы Кирхгофа.

Закон Ома для участка цепи. Определение, формула расчета, калькулятор

В 1827 году Георг Ом опубликовал свои исследования, которые составляют основу формулы, используемую и по сей день. Ом выполнил большую серию экспериментов, которые показали связь между приложенным напряжением и током, протекающим через проводник.

Этот закон является эмпирическим, то есть основанный на опыте. Обозначение «Ом» принято в качестве официальной единицы СИ для электрического сопротивления.

Закон Ома для участка цепи гласит, что электрический ток в проводнике прямо пропорционален разности потенциалов в нем и обратно пропорционален его сопротивлению. Принимая во внимание, что сопротивление проводника (не путать с удельным сопротивлением) величина постоянная, можно оформить это следующей формулой:

  • I — тока в амперах (А)
  • V — напряжение в вольтах (В)
  • R — сопротивления в омах (Ом)

Для наглядности: резистор имеющий сопротивление 1 Ом, через который протекает ток силой в 1 А на своих выводах имеет разность потенциалов (напряжение) в 1 В.

Немецкий физик Кирхгоф (известен своими правилами Кирхгофа) сделал обобщение, которое больше используется в физике:

  • σ – проводимость материала
  • J — плотность тока
  • Е — электрическое поле.

Закон Ома и резистор

Резисторы являются пассивными элементами, которые оказывают сопротивление потоку электрического тока в цепи. Резистор, который функционирует в соответствии с законом Ома, называется омическим сопротивлением. Когда ток проходит через такой резистор, то падение напряжения на его выводах пропорционально величине сопротивления.

Формула Ома остается справедливой и для цепей с переменным напряжением и током. Для конденсаторов и катушек индуктивности закон Ома не подходит, так как их ВАХ (вольт-амперная характеристика) по сути, не является линейной.

Формула Ома действует так же для схем с несколькими резисторами, которые могут быть соединены последовательно, параллельно или иметь смешанное соединение. Группы резисторов, соединенные последовательно или параллельно могут быть упрощены в виде эквивалентного сопротивления.

В статьях о параллельном и последовательно соединении более подробно описано как это сделать.

Немецкий физик Георг Симон Ом опубликовал в 1827 свою полную теорию электричества под названием «теория гальванической цепи». Он нашел, что падение напряжения на участке цепи является результатом работы тока, протекающего через сопротивление этого участка цепи. Это легло в основу закона, который мы используем сегодня. Закон является одним из основных уравнений для резисторов.

Закон Ома — формула

Формула закона Ома может быть использована, когда известно две из трех переменных. Соотношение между сопротивлением, током и напряжением может быть записано по-разному. Для усвоения и запоминания может быть полезен «треугольник Ома».

Ниже приведены два примера использования такого треугольного калькулятора.

Имеем резистор сопротивлением в 1 Ом в цепи с падением напряжения от 100В до 10В на своих выводах. Какой ток протекает через этот резистор? Треугольник напоминает нам, что:
Имеем резистор сопротивлением в 10 Ом через который протекает ток в 2 Ампера при напряжении 120В. Какое будет падение напряжения на этом резисторе? Использование треугольника показывает нам, что: Таким образом, напряжение на выводе будет 120-20 = 100 В.

Закон Ома — мощность

Когда через резистор протекает электрический ток, он рассеивает определенную часть мощности в виде тепла.

Мощность является функцией протекающего тока I (А) и приложенного напряжения V (В):

В сочетании с законом Ома для участка цепи, формулу можно преобразовать в следующий вид:

Идеальный резистор рассеивает всю энергию и не сохраняет электрическую или магнитную энергию. Каждый резистор имеет предел мощности, которая может быть рассеяна, не оказывая повреждение резистору. Это мощность называется номинальной.

Окружающие условия могут снизить или повысить это значение. Например, если окружающий воздух горячий, то способность рассеять излишнее тепло у резистора снижается, и на оборот, при низкой температуре окружающего воздух рассеиваемая способность резистора возрастает.

На практике, резисторы редко имеют обозначение номинальной мощности. Тем не менее, большинство из резисторов рассчитаны на 1/4 или 1/8 Вт.

Ниже приведена круговая диаграмма, которая поможет вам быстро определить связь между мощностью, силой тока, напряжением и сопротивлением. Для каждого из четырех параметров показано, как вычислить свое значение.

Закон Ома — калькулятор

Данный онлайн калькулятор закона Ома позволяет определить взаимосвязь между силой тока, электрическим напряжением, сопротивлением проводника и мощностью. Для расчета введите любые два параметра и нажмите кнопку расчет:

Для закрепления понимания работы закона Ома, приведем несколько задач для самостоятельного решения.

Закон Ома для полной цепи и для участка цепи

Электрическую цепь образуют:

· источники электрической энергии (источники питания);

· её приемники (электродвигатели, электронагревательные приборы, лампы накаливания);

· вспомогательное оборудование (для включения и выключения электроустановок – рубильники, переключатели);

· электроизмерительные приборы (амперметры, вольтметры, ваттметры);


· защитные устройства (предохранители, автоматические выключатели).

В качестве источника электрической энергии (источника питания) применяют:

ü электрические генераторы;

ü гальванические элементы;

В приёмниках электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии.

Контур – замкнутая электрическая цепь, образуемая одной или несколькими ветвями.

Ветвь — участок электрической цепи, состоящей только из последовательно включенных источников ЭДС и сопротивлений, вдоль которого проходит один и тот же ток.

Рисунок 1.9. Одна ветвь электрической цепи

Узел– точка, в которой сходится не менее двух ветвей (рис. 1.10).

Рисунок 1.10 Узел электрической цепи

Электрическую цепь можно разделить на два участка: внутреннюю цепь (сам источник) и внешнюю цепь (линейные провода и приемники и т.д.).

Чертеж, на котором на котором изображены электрические цепи с помощью условных графических обозначений, называют электрической схемой(рис. 1.11).

Для того чтобы обеспечить непрерывное прохождение тока по электрической цепи необходимо:

· цепь должна быть замкнутой;

· на зажимах источника питания необходимо поддерживать разность потенциалов.

Рисунок 1.11. Электрическая схема

Во внешней цепи ток направлен от плюса к минусу, т.е. от точек с более высоким потенциалом к точкам с более низким потенциалом (от положительного зажима источника электрической энергии к отрицательному).

Внутри источника наоборот: заряды должны перемещаться от отрицательного зажима к положительному. Такое перемещение зарядов внутри источника совершается благодаря электродвижущей силе (э.д.с.), которая возбуждается внутри источника.

Э.д.с. поддерживает разность потенциалов на зажимах источника, обеспечивая прохождение тока по цепи и определяет собой напряжение источника питания.

Э.д.с. обозначается Е и численно равна работе, которую необходимо затратить на перемещение единичного положительного заряда от одного зажима к другому.

При составлении расчетных схем элементы электрической цепи, имеющие сопротивление обозначают в виде резисторов с сопротивлением R, то же относится к индуктивностям и емкостям, источники питания часто представляют с нулевым сопротивлением, а чтобы его учесть его сопротивление в схему добавляют резистор R0. Вспомогательные элементы в большинстве случаев имеют малые сопротивления и их не указывают на схемах.

Направления тока, напряжения и э.д.с. на схемах изображают стрелками, за положительное направление тока принимают движение положительных зарядов, т.е. от плюса к минусу. Положительное направление напряжения и э.д.с. совпадает с направлением тока.

Закон Ома для электрической цепи: сила токаI в электрической цепи равна э.д.с. источникаE, поделенного на полное сопротивление цепи, которое можно представить в виде суммы сопротивления приемника R и внутреннего сопротивления источника питанияR0.I=E/R; I=E/R+R0

Закон Омадля участка цепи (например, а-б): сила тока I на данном участке цепи равна напряжениюU, приложенному к участку, поделенному на сопротивление R этого участка. I=U/R; U=IR; R=U/I

Закон Ома применим только к линейным цепям.

1. Дайте понятие электрической цепи.

2. Какое условие должно выполняться, чтобы обеспечить непрерывное прохождение тока по электрической цепи?

3. Что применяют в качестве источника электрической энергии (источника питания)?

4. Перемещение зарядов внутри источника совершается благодаря …..

5. Как направлен ток во внешней цепи?

6. Какой элемент добавляют в электрическую схему чтобы учесть сопротивление источника?

7. На какие участки можно условно разделить электрическую цепь?

8. Сформулируйте закон Ома для полной электрической цепи.

9. Внутри источника ток направлен …..

10. Дайте определение электрической схемы?

11. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

1.5. Законы Кирхгофа. Способы соединения потребителей

Закон Ома устанавливает зависимость между силой тока, напряжением и сопротивлением для простейшей электрической цепи, представляющей собой один замкнутый контур.

В практике цепи имеют несколько замкнутых контуров и несколько узлов, к которым сходятся токи, проходящие по отдельным ветвям. Расчеты таких цепей производят с помощью законов Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа устанавливает зависимость между токами для узлов электрической цепи, к которым подходит несколько ветвей: алгебраическая сумма токов ветвей сходящихся в узле электрической цепи равна 0. ΣI=0

Рисунок 1.12. Распределение токов в узле

При этом токи, направленные к узлу берут с одним знаком, а от узла с другим. I1+ I2+ I3-I4=0,преобразуемI1+ I2+ I3=I4.

Первый закон Кирхгофа является следствием закона сохранения заряда, согласно которому в любом узле заряд одного знака не может ни накапливаться, ни убывать.

Второй закон Кирхгофа устанавливает зависимость между э.д.с. и напряжением в замкнутой цепи:

«Во всяком замкнутом контуре алгебраическая сумма э.д.с. равна алгебраической сумме падений напряжений на сопротивлениях, входящих в этот контур».ΣE=ΣIR.

Падением напряжения называется напряжение на концах каждого резистора, т.к. на эту величину уменьшается разность потенциалов источника тока.

Последовательное соединение резисторов:к концу первого из них подключается начало второго, к концу второго – начало третьего и т.д., т.е. резисторы соединены в виде цепочки. За начало можно принять любой конец резистора.

Недостатком последовательного соединения является зависимость напряжения на каждом их них от сопротивлений других приемников. В том случае, когда из строя выходит один приемник, ток отключается и в остальных приемниках.

Последовательно могут соединяться любые приемники (лампочки в гирлянде), в частности электрические двигатели. На электровозах постоянного тока в начальный период разгона поезда тяговые двигатели включены последовательно. Этим достигается уменьшение напряжения, приходящего на каждый двигатель.

Положительный зажим источника тока притягивает электроны с такой силой, с какой отрицательный зажим отталкивает их. Движение свободных электронов во всех частях последовательной цепи начинается одновременно с одинаковой скоростью. Через любое её поперечное сечение одновременно проходит равное число электронов, двигающихся с одинаковой скоростью. Поэтому при последовательном соединении(рис.1.13) по всем элементам цепи протекает один и тот же ток.

Рисунок 1.13. Последовательное включение резисторов

Если последовательно включеноnрезисторов с одинаковыми сопротивлениями R, то RЭ=n∙R.

Параллельное соединение резисторов:начала резисторов соединены в одну общую точку, а концы – в другую (рис.1.14).

При параллельном соединении (рис.1.10) нескольких приемников ко всем резисторам приложено одинаковое напряжениеI=I1+I2+I3,

I = + + = + + .Для двух резисторов: Rэ =

При параллельном включении n одинаковых резисторов RЭ= R/n.

Рисунок 1.14. Параллельное включение резисторов

Примером параллельного соединения цепей служит домашняя электрическая проводка. Лампы, утюг, радиоприёмник, телевизор – всё подключается к сети 220 В. Все штепсельные розетки имеют одну и ту же разность потенциалов.

Смешанное соединение резисторов:в цепи имеются одновременно и параллельное и последовательное их соединения.

Используется, когда необходимо получить в цепи различные величины токов и напряжений при одном источнике питания. Элементы, требующие одного и того же тока, соединяются последовательно, а элементы, требующие одного и того же напряжения – параллельно.

При смешанном соединении резисторов(рис.1.15)эквивалентное сопротивление определяют методом преобразования.

Рисунок 1.15. Смешанное соединение резисторов

На электровозах постоянного тока и некоторых тепловозах тяговые двигатели в процессе регулирования скорости движения нужно включать под различные напряжения, поэтому они в процессе разгона переключаются с последовательного соединения на параллельное.

Мостовая схема соединения резисторов (рис.1.16). В некоторых случаях (например, при электрических измерениях) резисторы включают по схеме моста.

Резисторы R1, R2, R3 и R4образуют плечи моста. Участки цепи, соединяющие точки а и с, а также b и d называются диагоналями моста. На одну диагональ подается напряжение от источника питания, а в другую включается какой-либо электроизмерительный прибор или аппарат.

Рисунок 1.16. Мостовые схемы соединения резисторов

При равенстве сопротивлений R1=R4 и R3=R2напряжения на участках аbиаd от токов I1 иI2,а такжена участках и будут одинаковыми, поэтому точки b и dбудут иметь одинаковые потенциалы. Если в диагональ bd включить резистор R, то ток через диагональ будет равен 0. Такой мост называется уравновешенным. Мост будет уравновешенным при равенстве отношений R1/R4 и R2/R3.При несоблюдении этих условий, через диагональ будет протекать ток, такой мост называется неуравновешенным.

Мостовая схема соединения резисторов представляет собой смешанное соединение резисторов и применяется для включения реле боксования на некоторых электровозах, в выпрямителях и др. (рис.1.17).

Реле Рвключается в диагональ моста, образованного двумя последовательно включенными электродвигателями М1 и М2 с токомIД, которые рассматриваются как источники э.д.с. Е1 и Е2,и двумя резисторами. При отсутствии боксования Е1= Е2. Токи, проходящие через резисторы, I1=I2. Поэтому ток в катушке реле I=I1 — I2=0

Рисунок 1.17. Схема включения реле боксования

При возникновении боксования частота вращения тягового двигателя, связанного с боксующей парой, резко возрастает, увеличивается его э.д.с., через обмотку реле пойдет ток, который вызовет его срабатывание. Реле включает сигнализацию и подачу песка или воздействует на систему управления электровоза.

1. Назовите виды соединения резисторов.

2. Сформулируйте первый закон Кирхгофа.

3. Как при смешанном соединении резисторов определяют эквивалентное сопротивление?

4. Закон Ома устанавливает зависимость между …..

5. Как располагаются резисторы при параллельном соединении?

6. Какое напряжение приложено ко всем резисторам при параллельном соединении нескольких приемников?


7. Второй закон Кирхгофа устанавливает зависимость между …..

8. Как располагаются резисторы при смешанном соединении.

9. Приведите пример параллельного соединения цепей.

10. Сформулируйте второй закон Кирхгофа.

11. Как располагаются резисторы при последовательном соединении.

12. В каких случаях применяется смешанное соединение цепей?

13. Принцип работы мостовой схемы.

14. В каких случаях применяется мостовая схема соединения цепей?

Дата добавления: 2020-04-22 ; просмотров: 2228 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Закон Ома для участка цепи

Скажу сразу, что закон Ома – основной закон электротехники и применяется для расчета таких величин, как: ток, напряжение и сопротивление в цепи.

Рассмотрим электрическую цепь, приведенную на рисунке 1.

Рисунок 1. Простейшая цепь, поясняющея закон Ома.

Мы знаем, что электрический ток, то есть поток электронов, возникает в цепи между двумя точками (на рисунке А и Б) с разными потенциалами. Тогда следует считать, что чем больше разность потенциалов, тем большее количество электронов переместятся из точки с низким потенциалом (Б) в точку с высоким потенциалом (А). Количественно ток выражается суммой зарядов прошедших через заданную точку и увеличение разности потенциалов, то есть приложенного напряжения к резистору R, приведет к увеличению тока через резистор.

С другой стороны сопротивление резистора противодействует электрическому току. Тогда следует сказать, что чем больше сопротивление резистора, тем меньше будет средняя скорость электронов в цепи, а это ведет к уменьшению тока через резистор.

Совокупность двух этих зависимостей (тока от напряжения и сопротивления) известна как закон Ома для участка цепи и записывается в следующем виде:

I=U/R

Это выражение читается следующим образом: сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Следует знать что:

I – величина тока, протекающего через участок цепи;

U – величина приложенного напряжения к участку цепи;

R – величина сопротивления рассматриваемого участка цепи.

При помощи закона Ома для участка цепи можно вычислить приложенное напряжение к участку цепи (рисунок 1), либо напряжение на входных зажимах цепи (рисунок 2).

Рисунок 2. Последовательная цепь, поясняющая расчет напряжения на зажимах цепи.

В этом случае формула (1) примет следующий вид:

U = I *R

Но при этом необходимо знать ток и сопротивление участка цепи.

Третий вариант закона Ома для участка цепи, позволяющий рассчитать сопротивление участка цепи по известным значениям тока и напряжения имеет следующий вид:

R =U/I

Как запомнить закон Ома: маленькая хитрость!

Для того, что бы быстро переводить соотношение, которое называется закон Ома, не путаться, когда необходимо делить, а когда умножать входящие в формулу закона Ома величины, поступайте следующим образом. Напишите на листе бумаги величины, которые входят в закон Ома, так как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Как запомнить закон Ома.

Теперь закройте пальцем, ту величину, которую необходимо найти. Тогда относительное расположение оставшихся незакрытыми величин подскажет, какое действие необходимо совершить для вычисления неизвестной величины.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Закон Ома для участка цепи. Пример расчета.

Всем привет.
В предыдущей статье мы собрали простую замкнутую цепь, состоящий из источника питания, проводников по которым протекает ток и нагрузки. Выяснили, что такое сопротивление проводника и сопротивление нагрузки. Так же рассмотрели взаимосвязь между напряжением тока, силой тока и сопротивлением на разных участках цепи (проводника и нагрузки). Все эти отношения установлены в основном законе электротехники – в законе Ома.
В этой статье, мы рассмотрим Закон Ома для участка цепи .

Закон Ома для участка цепи

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи.

Давайте рассмотрим этот закон на примере. Соберем следующую схему:

Так как сопротивление проводников близко к нулю, будем считать, что они равны нулю. В нашу электрическую цепь, кроме нагрузки, мы еще добавили два прибора.
Амперметр – прибор для измерения силы тока, или другими словами измеряет сколько потребляет нагрузка, так легче запомнить. Соединяется последовательно с нагрузкой.
Вольтметр – прибор для измерения напряжения тока, при подключении к нагрузке, показывает сколько падает напряжение на нагрузку. Соединятся параллельно с нагрузкой.

Давайте нагрузку поставим сопротивлением равной 100 Ом, с источника питания пустим напряжение 5 В (вольт). Снимем показания с приборов. Нас интересует показатель амперметра. Амперметр показывает — 0,05 А (ампер) для удобства можно перевести в миллиамперы – 50 мА (миллиампер).

наведите или кликните мышкой, для анимации

Теперь поменяем напряжение тока, вместо 5 В установим 10 В. Снимем показатель амперметра. Амперметр показывает — 0,1 А переводим в миллиамперы – 100 мА. Сразу отметим для себя — с увеличением напряжения увеличилась сила тока.
В законе ома: «сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению … » .

наведите или кликните мышкой, для анимации

Теперь вернемся к первому опыту, то есть установим напряжение обратно на значение 5 В. Попробуем изменить сопротивление нагрузки. Поменяем нагрузку со значение сопротивления 200 Ом. Снимем показатели с амперметра и сравним с показателями первого опыта. Амперметр показывает — 0,025 А переводим в миллиамперы – 25 мА. Таким образом увеличение сопротивления нагрузки, уменьшило силу тока.
В законе ома: «сила тока в участке цепи … обратно пропорциональна электрическому сопротивлению» .

наведите или кликните мышкой, для анимации

Закон Ома для участка цепи записывается следующей формулой: I = U/R
Как нам уже известно:
I = сила тока
U = напряжение тока
R = сопротивление (сопротивление нагрузки)

Так же эту формулу можно преобразовывать для определения напряжения тока или сопротивления нагрузки. Что бы легче запомнить формулы, надо запомнить треугольник Ома, который изображен выше. Закрывая искомую величину пальцем, можно увидеть формулу для нее.

Формула для определения напряжения:

Формула для определения сопротивления:

Рассмотрим простой пример расчета используя закон Ома для участка цепи. Если в примере выше, мы бы не использовали амперметр, зная напряжение тока 5 В (U) и сопротивление нагрузки 100 Ом (R). Использую следующую формулу I = U/R, мы бы получили результат: 5/100 = 0,05. Ответ 0,05 А = 50 мА.

Мы разобрали закон Ома для участка цепи , ознакомились с формулами для определения силы тока, напряжение тока и сопротивления. Так же хочу добавить, при расчетах, необходимо переводить единицы измерения в систему СИ. В примерах выше для демонстраций замкнутой цепи, я использовал программу — Electronics Workbench . Программа предназначена для моделирования и анализа электронных схем.

All-Audio.pro

Статьи, Схемы, Справочники

Закон ома применение

Здесь нас прежде всего интересует его практическое отношение к постоянному току direct current. Различают две формулировки Закона Ома , одна для участка цепи, а другая для полной цепи. В последней учитывается источник тока, точнее его внутреннее сопротивление. Простейшая электрическая цепь постоянного тока состоит из источника тока и одной единственной резистивной нагрузки, а попросту из — активного сопротивления. Формулировка Закона Ома для полной цепи и для участка цепи — это утверждение пропорциональности. Сила тока в электрической цепи, прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна сумме внутреннего сопротивления этого источника и общего сопротивления цепи.

Поиск данных по Вашему запросу:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Перейти к результатам поиска >>>

Закона Ома и применение его на практике

Всем, кто забыл, а по сути никогда и не понимал его, посвящается. Закон Ома — один из самых важных и часто используемых на практике, в электронике, в частности. Веганы безуспешно пытаются помешать голодному мужчине войти в Судьба актера Андрея Файта. Смотреть все фото в галерее. Вспоминаем формулировку закона Ома: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна сопротивлению.

Теперь разберем эту, не самую, на первый взгляд простую, формулировку. Первое понятие: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку.

Это понять довольно несложно: прямая зависимость: чем выше прикладываем напряжение, тем большую получаем величину тока! Выше напряжение — сильнее ток! Второе понятие: и обратно пропорциональна сопротивлению. Тут тоже довольно понятно: чем выше сопротивление, тем ниже сила тока. Формула закона Ома 0. Легко и быстро находить нужные вам значения по этой формуле помогают такие вот подсказки, основанные на «магическом треугольнике».

А теперь — веселые картинки 0. Чтобы еще легче было понять, давайте рассмотрим его на знакомом примере из жизни — с водопроводной водой. Вода — это ток. Течение — сила тока, давление воды — это напряжение, а труба — это проводник.

Ясно, что чем выше мы поднимем бачок, тем выше станет давление воды напряжение и тем сильнее станет течение воды сила тока. Опусти мы бачок — уменьшится давление напряжение и соответственно, ниже станет течение сила тока. Прямая зависимость. Чем выше напряжение, тем сильнее сила тока, очень наглядно. Теперь проверим на жизненных реалиях вторую часть формулировки закона Ома, добавим в нашу водопроводную схему понятие сопротивления.

То есть нарисуем в трубе с водой заслонку. И наоборот, при поднятии заслонки снижая сопротивление мы видим увеличение силы тока.

Чем выше сопротивление — тем меньше сила тока, чем ниже сопротивление, тем выше сила тока. Понравился пост? Поддержи Фишки, нажми:. А что вы думаете об этом? Авторизуйтесь или войдите через. Сначала новые. Сначала лучшие Сначала старые. Лучший комментарий Скрыть. Как то так.

Савл 2 года назад. Во Франции долго закон Ома не признавали, считая его слишком тривиальным и очевидным. Признали, когда потребовалось электричество использовать в промышленности лампы, электродвигатели. Когда появилась потребность в расчётах электрических цепей. А сейчас для тех, кто не понял про высоту столба воды в бачке и трубе. Все дело в массе воды. Чем выше бачок, тем больше масса которая давит с верху в низ. Называется это весом воды и определяется произведением массы на ускорение земного притяжения.

Земное притяжение еще называется гравитацией. К стати, законы гравитации так до конца наукой не изучены, существует несколько теорий гравитационного поля небесных тел, но все они не бесспорны. Ведь электрическое и магнитное поля вовсю используются в технике, а гравитационное — только частично.

Например, в гидроэлектростанциях: речных и морских, использующих морские приливы. На гидроэлектростанциях: чем выше уровень воды, тем больше давление на плотину. А вообще, для интересующихся: читайте книжки Перельмана — «Занимательная физика» и другие его книги. Они всегда интересны как для школьников, так и для взрослых.

Кстати, сам Перельман погиб во время войны от голода в блокадном Ленинграде. Показать ещё 5 ответов из 6. Дед Мазай Павел Плеханов 2 года назад. Тяжелый случай Про такое понятие, как перевод величин единиц измерения слышал? Погугли на досуге, прежде чем высказываться. Павел Плеханов Дед Мазай 2 года назад. Вы считаете, что с помощью простого перевода величин можно перевести скорость в расстояние? Или Вы просто не понимаете разницв между «давлением» и «силой давления»?

Давление измеряется в килограммах-силы на квадратный сантиметр чаще всего. А так же в паскалях, барах и еще некоторых величинах. Вот их то и можно перевести друг в друга.

Давление показывает, с какой силой среда давит на единицу площади. А вот сила давления — это уже сила, которую давление оказывает на конкретную площадь. Да нет, разницу я понимаю. Речь все время шла именно о давлении. И несколькими постами выше я привел конкретную математическую выкладку, наглядно показывающую, каким образом из уравнения гидростатического давления жидкости исчезла площадь.

Таким же образом площадь можно и обратно вернуть в уравнение. В обоих случаях результат расчетов по обоим уравнениям будет одинаков. Об этом и шла речь. Именно поэтому ИМХО утверждение, что площадь основания водяного столба не влияет на величину давления с считаю некорректным.

Ну сами же пишете, что площадь сокращается и «В обоих случаях результат расчетов по обоим уравнениям будет одинаков. А если одинаков независимо от площади — то не влияет. Вктор Стаховський, спасибо отлично написали! Хочу добавить из вики — «Атом частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Ещё из вики — «Свет может рассматриваться либо как электромагнитная волна, скорость распространения в вакууме которой постоянна, либо как поток фотонов частиц.

Как и заряд q, тоже не ясно. Не даром, «Квантовая физика раздел теоретической физики», теория, человек предполагает, что может быть так, конечно он находит доказательства, но это лишь кусочки картины мира.

Еще из вики — «Информация сведения, независимо от формы их представления. Как он их носит, как они пишутся на него? Если свойство это информация, что такое информация по своей сути, мы видим только носители информации, а что она собой представляет?

Информация это поле, частица или что? Или наоборот поле и частица лишь носители информации? Все не так просто. Не кичтесь своей «эрудицией». Это способ донести излагаемый материал не только до самых тупых, но и до пытливых голов. Понимаю, конкретный материал слишком примитивен, но сам способ изложения я бы назвал «визуальным моделированием». Этот способ изобретен очень давно, возможно где-то вначале — середине 19 века, а возможно, и раньше..


Он удобен тем, что остается в памяти вместо тупого зазубривания материала как объяснение того или иного физического закона или явления природы. Например, я знал людей, совсем не глупих, которые бросали технический ВУЗ только по той причине, что начальное изложение материала преподавателем высшей математики не доходило до их понимания , и они как бы чуствовали себя дураками и не хотели притворяться умными, как это делает большинство. Приведу навскидку несколько примеров: 1.

Так называемое отрицательное сопротивление, нарушающее Закон Ома, при протекании тока через полупроводник, или явление феррорезонанса токов и напряжений. Вроди бы все просто, но понимает суть процесса , далеко не каждый випускник ВУЗа. Несколько посложнее: как вам принцип дуальности свойств електрона волновые свойства и наличие массы , а также, принцип неопределенноси Гейзенберга?

Этим вопросом, я в свое время добил, как минимум двух предавателей физики, которые бегали друг к дружке советоваться, как правильно ответить. Ведь огромное количество постулатов принимается студентами как аксиомы, которые нужно зазубрить для экзамена, а затем напрочь забыть. А все потому, что современные учебники сдираются авторами со старих, при чем, чтобы избежать плагиата, часть информации опускается, а на ее место вставляется набор формул позаковырестей, вывод которых в начальной и конечной части сознательно опущен.

Что бы было солидно, непонятно и монументально. Так вот,объяснение, пусть и не совсем точное, я нашел в учебнике физики выпуска г. Вам, конечно, все там полностью понятно 4.

Закон Ома для полной цепи и для участка цепи: варианты записи формулы, описание и объяснение

Разделы: Математика , Физика. Цель урока: Формирование компетентного гражданина Земли на основе понимания явлений и законов физики. Основные идеи: Применение на практике закона Ома для участка цепи. Электрические параметры человека. Меры безопасности при работе с электроприборами. Применение формул для расчета последовательного и параллельного соединения к решению задач.

Интегрированный урок (физика + математика) «Практическое применение закона Ома для участка цепи»

Этот рисунок напоминает, что электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц в определенной среде. Передвижение их возможно под действием приложенной внешней энергии, создающей разность потенциалов — напряжение. Однако, внутренние силы проводников и элементов схемы уменьшают величину тока, оказывают сопротивление его перемещению. Рассмотрим простую схему 2, поясняющую действие закона Ома для участка электрической цепи постоянного тока. В качестве источника напряжения U используем аккумуляторную батарею , которую подключим к сопротивлению R толстыми и одновременно короткими проводами в точках А и В. Допустим, что провода не влияют на величину прохождения тока I к резистору R. Формула 1 выражает соотношения между сопротивлением омы , напряжением вольты и током амперы. Ее называют законом Ома для участка цепи. Кружок под формулой облегчает ее запоминание и пользование для выражения каждого из составляющих параметров U, R или I U расположено сверху над черточкой, а R и I — снизу.

§ 2.6. Закон Ома для участка цепи, содержащего источник ЭДС. Обобщенный закон Ома

Применение Закона Ома становится очевидным на простых электрических цепях, где имеется один источник тока ЭДС. Самый простая электрическая цепь — это такая цепь, которая содержит всего лишь два элемента, один из которых источник тока, а другой — резистивная нагрузка. В качестве источника может быть химический аккумулятор или гальваническая батарея. Для наглядности в качестве резистивной нагрузки может быть выбрана электрическая лампа накаливания, но вместо неё можно использовать любой нагревательный элемент, в том числе просто кусок провода.

Закон Ома для «чайников»: понятие, формула, объяснение

Используются в научно-технических эффектах совместно с данным эффектом естественнонаучные эффекты. Закон Ома используется для определения неизвестного параметра элементов электрической цепи — сопротивления, напряжения и силы тока, если заданы два других. Отдельно рассмотривают случаи параллельного и последовательного соединения проводников. Формулы для последовательного и параллельного соединения проводников позволяют во многих случаях рассчитывать сопротивление сложной цепи, состоящей из многих резисторов. На рис. Расчет сопротивления сложной цепи.

Закон Ома для участка цепи

Электрика и электрооборудование, электротехника и электроника — информация! 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. 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. Однако не только с этим были проблемы у физиков, которые в то время занимались подобными экспериментами с электричеством.

Применение закона Ома в ремонте стиральных машин

Все те, кто знаком с основами электротехники, представляют себе значение закона Ома в теории и практике электрических цепей. Не вдаваясь в подробности, перечислим некоторые примеры использования закона Ома при изучении электрических цепей. При наличии амперметра и вольтметра эта операция даже для неопытного экспериментатора не представит трудностей.

Закон Ома для полной цепи

Здесь вы найдете подходящего репетитора быстро, удобно и бесплатно. Мы всегда рады проконсультировать Вас по вопросам образования. Задайте свои вопросы профессионалам. Совет 1.

Применение закона Ома

Так давайте же узнаем вспомним , что это за закон, и смело пойдем гулять. 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. Пусть в каком-то проводнике течет ток.

Закон Ома для полной цепи (DC)

Здесь вы найдете подходящего репетитора быстро, удобно и бесплатно. Мы всегда рады проконсультировать Вас по вопросам образования. Задайте свои вопросы профессионалам.

Закон Ома для участка цепи

Сущность закона

Эксперименты с электрическими цепями, в которых были источник тока и элемент сопротивления, позволили Георгу Ому установить некоторые закономерности, которые легли в основу закона, названного его именем. Приведем их:

  • При увеличении напряжения сила тока на участке цепи возрастала линейно.
  • Сила тока уменьшалась при увеличении сопротивления участка.

Поэтому математическая формула закон Ома для участка цепи выглядит следующим образом:

$I = \frac $, где I – сила тока, измеряемая в амперах, U – напряжение, измеряемое в вольтах и R – сопротивление, измеряемое в омах. Дадим словесную формулировку закона: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Из фигурирующих в уравнении величин ключевой является сопротивление. Оно зависит от параметров проводника:

  • Становится больше с увеличением длинны проводника
  • Уменьшается с ростом проводимости проводника и его площади сечения.

Объяснить это очень просто: чем больше путь, проходимый электронами, тем больше вероятность столкновений с атомами в узлах решетки. Это мешает движению тока. С другой стороны, увеличение площади сечения дает больше вариантов пути электронам, уменьшается вероятность соударений. Проводимость же – исключительно свойства проводящего вещества. Например, медь оказывает меньшее сопротивление, чем железо, поскольку является более проводимым.

Рис. 1. Движение электронов в проводнике.

Закон Ома с точностью справедлив лишь для цепей, где действует идеальный источник тока. То есть такой, в котором нет внутреннего сопротивления. В противном случае применяется закон Ома для полной цепи.

Рассмотрим участок электрической цепи (рис. 2). В узлах 1 и 2 – потенциалы электрического поля $\phi_1$ и $\phi_2$. Между ними заключен элемент с сопротивлением R – резистор. К участку также подсоединен вольтметр.

Рис. 2. Участок цепи с резистором R и вольтметром.

Тогда падением напряжения на данном участке электрической цепи будем называть величину, выраженную через закон Ома:

Падение напряжения – определение, сложившееся исторически. Речь идет об изменении значения потенциала электрического поля по мере продвижения вдоль проводника.

Для запоминания закона Ома используют правило, называемое треугольником Ома.

Рис. 3. Треугольник Ома.

Техника работы с ним проста. Ту величину, которую нужно найти, закрываем пальцем, а две другие дают формулу для ее нахождения. Закрыв I, получим $\frac $.

Задачи

  • Сопротивление проводника – 2 Ом. Напряжение – 10 В. Какова сила тока? Какой будет сила тока, если увеличить длину проводника в два раза?

Решение:

Запишем закон Ома для участка цепи:

Подставив в него известные величины, получим:

Теперь, зная, что сопротивление прямо пропорционально длине проводника, запишем:

  • Амперметр показал, что сила тока на участке цепи – 0,1 А. Аккумулятор создает напряжение в 200 В. Каково сопротивление участка цепи?

Решение:

Запишем закон Ома для участка цепи:

Подставив в него известные величины и выразив R, получим:

$R = \frac = \frac <200> <0,1>= 2000 Ом \: А$

Что мы узнали?

В ходе урока дали математическую и словесную формулировки закона Ома для участка цепи, рассмотрели значение сопротивления для участка цепи, а также разобрались с треугольником Ома. Для закрепления материала решили задачу.

Закон Ома для полной цепи и для участка цепи: варианты записи формулы, описание и объяснение

«Физика — 10 класс»

Сформулируйте закон Ома для участка цепи.
Из каких элементов состоит электрическая цепь?
Для чего служит источник тока?

Рассмотрим простейшую полную (т. е. замкнутую) цепь, состоящую из источника тока (гальванического элемента, аккумулятора или генератора) и резистора сопротивлением R (рис. 15.10). Источник тока имеет ЭДС Ε и сопротивление r.

В генераторе r — это сопротивление обмоток, а в гальваническом элементе сопротивление раствора электролита и электродов.

Сопротивление источника называют внутренним сопротивлением в отличие от внешнего сопротивления R цепи.

Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС и полное сопротивление цепи R + r. Эта связь может быть установлена теоретически, если использовать закон сохранения энергии и закон Джоуля—Ленца (15.14).

Пусть за время Δt через поперечное сечение проводника проходит электрический заряд Δq. Тогда работу сторонних сил при перемещении заряда Δq можно записать так: Аст = ΕΔq. Согласно определению силы тока (15.1) Δq = IΔt. Поэтому

При совершении этой работы на внутреннем и внешнем участках цепи, сопротивления которых г и Я, выделяется некоторое количество теплоты. По закону Джоуля—Ленца оно равно:

Q = I 2 RΔt + I 2 rΔt. (15.18)

По закону сохранения энергии Аст = Q, откуда получаем

Произведение силы тока и сопротивления участка цепи называют падением напряжения на этом участке.

Таким образом, ЭДС равна сумме падений напряжения на внутреннем и внешнем участках замкнутой цепи.

Закон Ома для замкнутой цепи:

Сила тока в замкнутой цепи равна отношению ЭДС источника тока к полному сопротивлению цепи.

Согласно этому закону сила тока в цепи зависит от трёх величин: ЭДС Ε сопротивлений R внешнего и г внутреннего участков цепи. Внутреннее сопротивление источника тока не оказывает заметного влияния на силу тока, если оно мало по сравнению с сопротивлением внешней части цепи (R >> r). При этом напряжение на зажимах источника примерно равно ЭДС: U = IR = Ε — Ir ≈ Ε

При коротком замыкании, когда R ≈ 0, сила тока в цепи и определяется именно внутренним сопротивлением источника и при электродвижущей силе в несколько вольт может оказаться очень большой, если r мало (например, у аккумулятора r ≈ 0,1 — 0,001 Ом). Провода могут расплавиться, а сам источник выйти из строя.

Если цепь содержит несколько последовательно соединённых элементов с ЭДС Ε1, Ε2, Ε3 и т. д., то полная ЭДС цепи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных элементов.


Для определения знака ЭДС любого источника нужно вначале условиться относительно выбора положительного направления обхода контура. На рисунке (15.11) положительным (произвольно) считают направление обхода против часовой стрелки.

Если при обходе цепи данный источник стремится вызвать ток в направлении обхода, то его ЭДС считается положительной: Ε > 0. Сторонние силы внутри источника совершают при этом положительную работу.

Если же при обходе цепи данный источник вызывает ток против направления обхода цепи, то его ЭДС будет отрицательной: Ε 0, то согласно формуле (15.20) сила тока I > 0, т. е. направление тока совпадает с выбранным направлением обхода контура. При Εп По следам «английских ученых»

Закон Ома

На этой странице вы можете рассчитать силу тока, напряжение и сопротивление по закону Ома с помощью удобных калькуляторов онлайн

Закон Ома — один из фундаментальных законов электродинамики, который определяет взаимосвязь между напряжением, сопротивлением и силой тока. Он был открыт эмпирическим путем Георгом Омом в 1826 году.

Закон Ома для участка цепи

Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи

> , где I — сила тока, U — напряжение, R — сопротивление.

Закон Ома для полной цепи

В любой сфере знаний или научной дисциплине имеются свои основополагающие факты. Они, как фундамент, удерживают на себе всё новые и новые открытия. В электродинамике подобным фактом служит закон Ома для полной цепи. Открытый Георгом Омом в 1826 году он и по сей день является основным правилом, согласно которому объясняются все процессы в электрических цепях.

Идеальный источник ЭДС

Электродвижущая сила (E) – физическая величина, определяющая степень воздействия внешних сил на перемещение в замкнутой цепи носителей заряда. Иными словами, от ЭДС будет зависеть то, как сильно ток стремится течь по проводнику.

При объяснении подобных непонятных явлений отечественные школьные учителя любят обращаться к методу гидравлических аналогий. Если проводник – это труба, а электрический ток – это количество протекающей по ней воды, то ЭДС – это давление, которое развивает насос, чтобы качать жидкость.

Термин электродвижущая сила родственен такому понятию, как напряжение. Она, ЭДС, так же измеряется в вольтах (ед. изм. – «В»). Каждый источник питания, будь то батарейка, генератор или солнечная панель, обладает своей собственной электродвижущей силой. Зачастую эта ЭДС близка к выходному напряжению (U), но всегда немного меньше его. Вызвано это внутренним сопротивлением источника, на котором неизбежно падает часть вольтажа.

По этой причине идеальный источник ЭДС – это скорее абстрактное понятие или физическая модель, не имеющая места в реальном мире, ведь внутреннее сопротивление элемента питания Rвн хоть и весьма низкое, но всё же отлично от абсолютного нуля.

Внутреннее сопротивление источника ЭДС

Электрическое сопротивление (R) измеряется в омах (ед. изм. – «ом»). Данная физическая величина характеризует свойство проводников препятствовать прохождению через них носителей заряда (тока). По вышеуказанной аналогии сопротивление – это сечение трубы, чем оно меньше, тем сложнее прокачать большой объём воды.

Сопротивлением обладают все материалы. Если это диэлектрики, то оно может исчисляться колоссальными величинами порядка 108-1013 ом (стекло). Если проводники, то сопротивление составляет сотые, а то и тысячные доли ома, т.е. 10-2-10-3. Именно поэтому провода, выводы источников питания, цоколя лампочек сделаны из металла, ведь он отлично пропускает ток (слабо ему препятствует).

Источники питания изготовлены из материалов, которые хорошо и не очень проводят ток. В случае с автомобильным свинцово-кислотным аккумулятором его внутреннее сопротивление обусловлено свойствами электролита, решёток, их соединений и выходных клемм. Ниже приведено схематичное строение АКБ. Схема иллюстрирует ЭДС аккумулятора, его внутреннее сопротивление и то, как эти величины взаимодействуют между собой.

Суть закона Ома для полной цепи

Имея дело с реальными электрическими цепями, приходиться принимать во внимание внутреннее сопротивление источников питания. Для данных расчётов применяется формула закона Ома для полной цепи. С точки зрения математики, она имеет следующую формулировку:

где:

  • I – ток, протекаемый в цепи (единица измерения – ампер, А);
  • E – электродвижущая сила источника питания;
  • R – сопротивление нагрузки или потребителя;
  • r – внутреннее сопротивление источника ЭДС.

Данная формула описывает процессы, происходящие в электрических контурах постоянного тока. Однако часто этого недостаточно. Если ЭДС источника носит переменный гармонический характер, например, как от генератора, то стоит учитывать индуктивное и ёмкостное сопротивление нагрузки.

Описываемое в вышеуказанном выражении сопротивление R зависит от формы и материала проводника, по которому течёт ток. Поэтому отдельно принято отмечать закон Ома в дифференциальном виде. Он исключает влияние геометрических размеров проводника и учитывает только его электрические свойства:

где:

  • J – плотность тока, точнее её вектор;
  • E – напряжённость электрического поля в исследуемой точке среды;
  • б – «сигма», удельная проводимость вещества.

Дополнительная информация. Существует закон Ома для отдельного участка цепи. На практике он используется гораздо чаще. Одновременно он более прост и понятен для восприятия. Его определение можно сформулировать следующим образом: сила тока в участке цепи прямо пропорциональна приложенному к нему напряжению и обратно пропорциональна его сопротивлению. В таком случае эта величина будет определяться по выражению: I = U/R.

Просадка напряжения

Если мультиметром померить напряжение на заряженном автомобильном аккумуляторе, то оно составит величину порядка 12-12,2 В. Такой вольтаж считается оптимальным для этих приборов в режиме холостого хода. Однако под нагрузкой дела обстоят иначе.

Если к аккумулятору подключить мощную галогенную лампу и снова произвести замер, то можно увидеть, что разность потенциалов на клеммах аккумулятора уменьшилась на 0,2-0,3 В и теперь составляет 11,7-11,8 вольт. Данное явление свойственно всем нестабилизированным источникам питания и называется просадкой напряжения.

Важно! Работая с автомобильными аккумуляторами, следует соблюдать осторожность. Данный источник энергии способен в режиме короткого замыкания отдавать токи в сотни ампер. Непреднамеренное замыкание клемм батареи, например, гаечным ключом, может привести к серьёзным ожогам или пожару.

В бытовых условиях подобное наблюдается при включении мощных электрических приборов, таких как чайник или обогреватель. В момент, когда вилка попадает в розетку, можно наблюдать едва заметное кратковременное затухание ламп накаливания или щелчок в динамиках акустических систем. При этом, чем мощнее электроприбор, тем сильнее и дольше будет просадка.

Данное явление в первую очередь вызвано внутренним сопротивлением химического источника ЭДС и протекающего по нему тока нагрузки. Различные типы аккумуляторов обладают неодинаковыми материалами проводников и электролитов. Поэтому отличаются и их внутренние сопротивления.

Как найти внутреннее сопротивление источника ЭДС

В продаже имеются специализированные приборы, позволяющие легко и быстро померить внутреннее сопротивление источника ЭДС. Однако, если замер требуется выполнить всего пару раз, то проще и быстрее сделать это подручными средствами по следующему алгоритму:

  1. Померить напряжение U0 на выходных клеммах источника. Его приближённо можно считать равным ЭДС E. При этом вольтметр должен быть как можно более высокоомным, чтобы вносить в замер минимум погрешности.
  2. Подключить к источнику ЭДС номинальную нагрузку и, не отсоединяя её, замерить разность потенциалов на клеммах U1 и протекающий в цепи ток I.
  3. Рассчитать падение напряжения на внутреннем сопротивлении аккумулятора. Оно будет равно U0 – U1.
  4. Вычислить искомую величину по формуле: r = (U0-U1)/I.

Зная внутреннее сопротивление аккумулятора, можно судить о его работоспособности. С годами данный параметр становится всё больше, т.е. омы увеличиваются. Соответственно, аккумулятор стареет, сильнее греется, не может отдать свой изначальный пиковый ток и быстрее разряжается даже без нагрузки.

Дополнительная информация. По вине внутреннего сопротивления оставленный на долгое время аккумулятор любого типа постепенно разряжается. Напряжение на клеммах может упасть до столь низкого уровня, что вернуть источник питания к жизни уже не удастся. Особенно подобное явление опасно для литиевых аккумуляторов.

Закон Ома позволяет легко рассчитать параметры любой последовательной электрической цепи. При этом учитывается влияние на схему индуктивностей и ёмкостей. Без полученных данных невозможны проектирование, ремонт и конечная наладка электронных устройств.

Закон Ома для участка цепи. Пример расчета.

Всем привет.
В предыдущей статье мы собрали простую замкнутую цепь, состоящий из источника питания, проводников по которым протекает ток и нагрузки. Выяснили, что такое сопротивление проводника и сопротивление нагрузки. Так же рассмотрели взаимосвязь между напряжением тока, силой тока и сопротивлением на разных участках цепи (проводника и нагрузки). Все эти отношения установлены в основном законе электротехники – в законе Ома.
В этой статье, мы рассмотрим Закон Ома для участка цепи .

Закон Ома для участка цепи

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи.

Давайте рассмотрим этот закон на примере. Соберем следующую схему:

Так как сопротивление проводников близко к нулю, будем считать, что они равны нулю. В нашу электрическую цепь, кроме нагрузки, мы еще добавили два прибора.
Амперметр – прибор для измерения силы тока, или другими словами измеряет сколько потребляет нагрузка, так легче запомнить. Соединяется последовательно с нагрузкой.
Вольтметр – прибор для измерения напряжения тока, при подключении к нагрузке, показывает сколько падает напряжение на нагрузку. Соединятся параллельно с нагрузкой.

Давайте нагрузку поставим сопротивлением равной 100 Ом, с источника питания пустим напряжение 5 В (вольт). Снимем показания с приборов. Нас интересует показатель амперметра. Амперметр показывает — 0,05 А (ампер) для удобства можно перевести в миллиамперы – 50 мА (миллиампер).

наведите или кликните мышкой, для анимации

Теперь поменяем напряжение тока, вместо 5 В установим 10 В. Снимем показатель амперметра. Амперметр показывает — 0,1 А переводим в миллиамперы – 100 мА. Сразу отметим для себя — с увеличением напряжения увеличилась сила тока.
В законе ома: «сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению … » .

наведите или кликните мышкой, для анимации

Теперь вернемся к первому опыту, то есть установим напряжение обратно на значение 5 В. Попробуем изменить сопротивление нагрузки. Поменяем нагрузку со значение сопротивления 200 Ом. Снимем показатели с амперметра и сравним с показателями первого опыта. Амперметр показывает — 0,025 А переводим в миллиамперы – 25 мА. Таким образом увеличение сопротивления нагрузки, уменьшило силу тока.
В законе ома: «сила тока в участке цепи … обратно пропорциональна электрическому сопротивлению» .

наведите или кликните мышкой, для анимации

Закон Ома для участка цепи записывается следующей формулой: I = U/R
Как нам уже известно:
I = сила тока
U = напряжение тока
R = сопротивление (сопротивление нагрузки)

Так же эту формулу можно преобразовывать для определения напряжения тока или сопротивления нагрузки. Что бы легче запомнить формулы, надо запомнить треугольник Ома, который изображен выше. Закрывая искомую величину пальцем, можно увидеть формулу для нее.

Формула для определения напряжения:

Формула для определения сопротивления:

Рассмотрим простой пример расчета используя закон Ома для участка цепи. Если в примере выше, мы бы не использовали амперметр, зная напряжение тока 5 В (U) и сопротивление нагрузки 100 Ом (R). Использую следующую формулу I = U/R, мы бы получили результат: 5/100 = 0,05. Ответ 0,05 А = 50 мА.

Мы разобрали закон Ома для участка цепи , ознакомились с формулами для определения силы тока, напряжение тока и сопротивления. Так же хочу добавить, при расчетах, необходимо переводить единицы измерения в систему СИ. В примерах выше для демонстраций замкнутой цепи, я использовал программу — Electronics Workbench . Программа предназначена для моделирования и анализа электронных схем.

Закон Ома для участка цепи

От силы тока в цепи зависит величина воздействия, которое ток может оказывать на проводник, будь то тепловое, химическое или магнитное действие тока. То есть, регулируя силу тока, можно управлять его воздействием. Электрический ток, в свою очередь – это упорядоченное движение частиц под действием электрического поля.

Зависимость силы тока и напряжения

Очевидно, что чем сильнее поле действует на частицы, тем больше будет сила тока в цепи. Электрическое поле характеризуется величиной, называемой напряжением. Следовательно, мы приходит к выводу, что сила тока зависит от напряжения.

И действительно, опытным путем удалось установить, что сила тока связана с напряжением прямо пропорционально. В случаях, когда изменяли величину напряжения в цепи, не меняя всех остальных параметров, сила тока возрастала или уменьшалась во столько же раз, во сколько меняли напряжение.

Связь с сопротивлением

Однако любая цепь или участок цепи характеризуются еще одной немаловажной величиной, называемой сопротивлением электрическому току. Сопротивление связано с силой тока обратно пропорционально. Если на каком-либо участке цепи изменить величину сопротивления, не меняя напряжения на концах этого участка, сила тока также изменится. Причем если мы уменьшим величину сопротивления, то сила тока возрастет во столько же раз. И, наоборот, при увеличении сопротивления сила тока пропорционально уменьшается.

Формула закона Ома для участка цепи

Сопоставив две эти зависимости, можно прийти к такому же выводу, к которому пришел немецкий ученый Георг Ом в 1827 г. Он связал воедино три вышеуказанные физические величины и вывел закон, который назвали его именем. Закон Ома для участка цепи гласит:

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

I=U/R,

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

Применение закона Ома

Закон Ома – один из основополагающих законов физики. Открытие его в свое время позволило сделать огромный скачок в науке. В настоящее время невозможно себе представить любой самый элементарный расчет основных электрических величин для любой цепи без использования закона Ома. Представление об этом законе – это не удел исключительно инженеров-электронщиков, а необходимая часть базовых знаний любого мало-мальски образованного человека. Недаром есть поговорка: «Не знаешь закон Ома – сиди дома».

Из формулы для закона Ома можно рассчитать также величины напряжения и сопротивления участка цепи:

U=IR и R=U/I

Правда, следует понимать, что в собранной цепи величина сопротивления некоторого участка цепи есть величина постоянная, поэтому при изменении силы тока будет изменяться только напряжение и наоборот. Для изменения сопротивления участка цепи следует собрать цепь заново. Расчет же требуемой величины сопротивления при проектировании и сборке цепи можно произвести по закону Ома, исходя из предполагаемых значений силы тока и напряжения, которые будут пропущены через данный участок цепи.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Сопротивление тока: притяжение ядер, проводники и непроводники
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspРасчёт сопротивления проводников и реостаты: формулы

Все неприличные комментарии будут удаляться.

Добавить комментарий