Закон ома для замкнутой цепи определение: Закон Ома для полной (замкнутой) цепи

Содержание

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи

Закон Ома для полной цепи определяет значение тока в реальной цепи, который зависит не только от сопротивления нагрузки, но и от сопротивления самого источника тока. Другое название этого закона — закон Ома для замкнутой цепи. Рассмотрим смысл закона Ома для полной цепи более подробно.

Потребители электрического тока (например, электрические лампы) вместе с источником тока образуют замкнутую электрическую цепь. На рисунке 1 показана замкнутая электрическая цепь, состоящая из автомобильного аккумулятора и лампочки.

Рисунок 1. Замкнутая цепь, поясняющея закон Ома для полной цепи.

Ток, проходящий через лампочку, проходит также и через источник тока. Следовательно, проходя по цепи, ток кроме сопротивления проводника встретит еще и то сопротивление, которое ему будет оказывать сам источник тока (сопротивление электролита между пластинами и сопротивление пограничных слоев электролита и пластин).

Следовательно, общее сопротивление замкнутой цепи будет складываться из сопротивления лампочки и сопротивления источника тока.

Сопротивление нагрузки, присоединенной к источнику тока, принято называть внешним сопротивлением, а сопротивление самого источника тока — внутренним сопротивлением. Внутреннее сопротивление обозначается буквой r.

Если по цепи, изображенной на рисунке 1, протекает ток I, то для поддержания этого тока во внешней цепи согласно закону Ома между ее концами должна существовать разность потенциалов, равная I*R. Но этот же ток I протекает и по внутренней цепи. Следовательно, для поддержания тока во внутренней цепи, также необходимо существование разности потенциалов между концами сопротивления r. Эта разность потенциалов па закону Ома должна быть равна I*r.

Поэтому для поддержания тока в цепи электродвижущая сила (ЭДС) аккумулятора должна иметь величину:

E=I*r+I*R

Эта формула показывает, что электродвижущая сила в цепи равна сумме внешнего и внутреннего падений напряжения. Вынося I за скобки, получим:

E=I(r+R)

или

I=E/(r+R)

Две последние формулы выражают закона Ома для полной цепи.

Закон Ома для полной замкнутой цепи формулируется так: сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна ЭДС в цепи и обратно пропорциональна общему сопротивлению цепи.

Под общим сопротивлением подразумевается сумма внешнего и внутреннего сопротивлений.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

разница с выражением для участка контура, определение, формула

Среди известных широкой общественности физических формул лидирует E=mc². По популярности с ней может соперничать только U=IR. Это простое выражение имеет фундаментальное значение для электротехники и описывает математически соотношение между параметрами участка электрической цепи.

Менее известен закон Ома для полной цепи, который рассматривает нагрузку неотделимо от источника напряжения.

Основные понятия

Электрический ток течёт, когда замкнутый контур позволяет электронам перемещаться от высокого потенциала к более низкому в цепи. Иначе говоря, ток требует источника электронов, обладающего энергией для приведения их в движение, а также точки их возвращения отрицательных зарядов, для которой характерен их дефицит. Как физическое явление ток в цепи характеризуется тремя фундаментальными величинами:

напряжение;
сила тока;
сопротивление проводника, по которому движутся электроны.

Сила и напряжение

Сила тока (I, измеряется в Амперах) есть объём электронов (заряд), перемещающихся через место в цепи за единицу времени. Иными словами, измерение I — это определение количества электронов, находящихся в движении. Важно понимать, что термин относится только к движению: статические заряды, например, на клеммах неподсоединённой батареи, не имеют измеряемого значения I. Ток, который протекает в одном направлении, называется постоянным (DC), а периодически изменяющий направление — переменным (AC).

Вольт — единица измерения, применяемая для электрической разницы потенциалов, самого потенциала и электродвижущей силы. Термин напряжение (U) относится к электрической разности потенциалов между точками. Любые статические заряды имеют значение в Вольтах, а величина их разности определяется как U.

Напряжение можно проиллюстрировать таким явлением, как давление, или как разность потенциальной энергии предметов под воздействием гравитации. Для того чтобы создать этот дисбаланс, нужно затратить предварительно энергию, которая и будет реализована в движении при соответствующих обстоятельствах. Например, в падении груза с высоты реализуется работа по его подъёму, в гальванических батареях разность потенциалов на клеммах образуется за счёт преобразования химической энергии, в генераторах — в результате воздействия электромагнитного поля.

Сопротивление проводников

Независимо от того, насколько хорош обычный проводник, он никогда не будет пропускать сквозь себя электроны без какого-либо сопротивления их движению. Можно рассматривать сопротивление как аналог механического трения, хотя это сравнение не будет совершенным. Когда ток протекает через проводник, некоторая разность потенциалов преобразуется в тепло, поэтому всегда будет падение напряжения на резисторе. Электрические обогреватели, фены и другие подобные устройства предназначены исключительно для рассеивания электрической энергии в виде тепла.

Упрощённо сопротивление (обозначается как R) является мерой того, насколько поток электронов тормозится в цепи. Оно измеряется в Омах. Проводимость резистора или другого элемента определяется двумя свойствами:

геометрией;
материалом.

Форма имеет важнейшее значение, это очевидно на гидравлической аналогии: протолкнуть воду через длинную и узкую трубу гораздо тяжелее, чем через короткую и широкую.

Материалы играют определяющую роль. Например, электроны могут свободно перемещаться в медном проводе, но не способны протекать вообще через такие изоляторы, как каучук, независимо от их формы. Кроме геометрии и материала, существуют и другие факторы, влияющие на проводимость.

Закон для участка цепи

Существует фундаментальная связь между напряжением, током и проводимостью. Это знаменитое уравнение называется законом Ома, и его можно отобразить тремя эквивалентными способами:

Выраженный в словах он звучит так: ток, протекающий через проводник между двумя контактами, прямо пропорционален напряжению на этих контактах. Первые два выражения фиксируют константу пропорциональности между током и напряжением. Последнее можно рассматривать как определение для единичного резистора — элемента, позволяющего протекать единице тока под единичным напряжением.

Приведённые математические соотношения — основа для электротехники и электроники. Закон был назван в честь немецкого физика Георга Симона Ома, который в монографии, опубликованной в 1827 г., описал измерения приложенного напряжения и тока с помощью простых электрических цепей, состоящих из проводов различной длины.

Исследователь объяснил свои экспериментальные результаты несколько сложнее, чем отражено в приведённых уравнениях, известных в современной физике как неполный закон Ома. Для того чтобы сформулировать закон Ома для полной электрической цепи, необходимо оперировать понятиями внутреннего сопротивления источника тока и электродвижущей силы.

Электродвижущая сила

Перемещение электронов в любом источнике создаётся с помощью сторонних сил. Их природа может быть различной. В гальванических элементах или аккумуляторах они возникают в результате электрохимических процессов. В генераторах тока они появляются как результат движения проводников в магнитном поле.

Источник тока в электрической схеме играет ту же роль, что и насос, перекачивающий жидкость в замкнутой гидравлической системе.

Под воздействием внешних сил заряды двигаются внутри источника тока против сил электростатического поля. Это позволяет поддерживать постоянный ток в замкнутом контуре до тех пор, пока работают внешние силы. Физическая величина, равная отношению затраченной энергии сторонних сил на перемещение заряда, называется электродвижущей силой источника тока. Она может быть представлена формулой ℰ = A/q. В этом выражении:

ℰ — ЭДС в вольтах;
A — работа в джоулях;
q — заряд в кулонах.

По аналогии с замкнутой гидравлической системой и насосом, электрические заряды протекают непрерывно по всему контуру, и привести их в движение могут только внешние силы. Это означает, что работу по перемещению заряда любым источником можно рассматривать как ЭДС и измерять в вольтах. Вывод о модели цепи с источником, в которой протекает ток, как о замкнутом контуре крайне важен для понимания закона Ома для полного участка цепи.

Внешнее и внутреннее сопротивление

Все батареи и генераторы обладают внутренним сопротивлением: электроды и электролиты неабсолютные проводники, как и провода обмоток электрических машин. Оно может варьироваться от тысячных долей ома до нескольких ом. Этот физический параметр является ключевым в законе Ома для всей цепи. В качестве математических моделей для рассмотрения и иллюстрации электрических процессов различают:

Идеальный источник тока (ИИТ). Генерирует электрический ток, не зависящий от изменений напряжения. Внутреннее сопротивление ИИТ бесконечно, напряжение полностью определяется подключённой схемой. Ни один физический источник тока не может работать в условиях разрыва цепи, поэтому ИИТ возможен только в качестве абстрактной модели.
Идеальный источник напряжения (ИИН). Представляет собой устройство, поддерживающее постоянное выходное напряжение независимо от тока, протекающего по контуру. Обладает нулевым внутренним сопротивлением. ИИН удобен для моделирования практических источников, которые можно представить как ИНН с подключённым резистором.

Внутренне сопротивление источника электрической энергии является фактором обеспечения максимальной мощности для подключённой к нему нагрузки. Наиболее эффективный перенос энергии происходит, когда внешнее сопротивление значительно превышает внутреннее у источника.

Например, свинцово-кислотные аккумуляторы автомобиля, благодаря низкому внутреннему сопротивлению, способны создавать относительно высокие токи при сравнительно низком напряжении. Однако, с другой стороны, высоковольтные источники должны иметь высокое внутренне сопротивление, чтобы ограничить количество тока, протекающего в результате случайного короткого замыкания.

Полный закон

Выражение U=IR описывает явления во фрагменте электрической цепи, через которую протекает ток. В этом уравнении не принимается во внимание наличие источников. Если исправить такое упрощение, то можно получить формулу закона Ома для полной цепи: ℰ =I (R+r).

В этом уравнении предусмотрено наличие в контуре источника питания электродвижущей силы ℰ c внутренним сопротивлением r. Поскольку ЭДС — практически величина, зависящая от внешних сил, то физический смысл имеет расчёт силы тока для полной цепи при помощи выражения: I=ℰ/(R+r).

Таким образом, полный постулат Ома гласит о зависимости силы тока в замкнутом контуре от внутреннего сопротивления его источника, то есть учитывает сопротивление электролита и электродов для гальванических элементов и проводимость обмоток генераторов. Основное практическое применение — расчёт силы тока в линейных электрических цепях DC, определение мощности и импеданса любых элементов цепи.

Закон Ома для полной цепи | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Рис.

5.19. Внутренняя и внешняя части электрической цепи

Рассмотрим замкнутую электрическую цепь, состоящую из двух частей: собственно источника с электродвижущей силой Ɛ и внутренним сопротивлением r и внешней части цепи — проводника с сопротивлением R (рис. 5.19).

Закон Ома для полной цепи устанавливает зависимость силы тока в замкнутой цепи I от электродвижущей силы источника Ɛ и полного сопротивления цепи R + r. Эту зависимость можно установить на основании закона сохранения энергии и закона Джоуля-Ленца. Если через поперечное сечение проводника за время Δt заряженными частицами переносится заряд Δq, то работа сторонних сил

A_ст. = ƐΔq = ƐIΔt.

Если в цепи электрическая энергия превращается лишь в тепловую, то по закону сохранения энергии А_ст. = Q и общее количество теплоты, выделяющееся в замкнутой цепи, равно сумме количеств теплоты, выделяющихся во внешней и внутренней частях цепи

Q = I²RΔt + I²rΔt.

Если

A_ст. = Q = (Ɛ / R + r) • IΔt,

то

ƐIΔt = I²RΔt + I²rΔt.

Итак,

Ɛ = IR + Ir

I = Ɛ / (R + r),

что и выражает закон Ома для полной цепи.

Закон Ома для полной цепи. Сила тока в замкнутой цепи измеряется отношением электродвижущей силы источника тока, имеющегося в этой цепи, к полному ее сопротивлению.

Из сказанного выше можно сделать вывод, что

закон Ома для полной цепи является одним из выражений закона сохранения энергии.

Во многих случаях для характеристики источников тока недостаточно использовать лишь ЭДС. Пусть, например, необходимо установить, ток какой максимальной силы может дать определенный источник тока. Если исходить из закона Ома для полной цепи

I = Ɛ / (R + r), Материал с сайта http://worldofschool.ru

то очевидно, что максимальной сила тока в цепи будет тогда, когда внешнее сопротивление цепи R стремится к нулю — это короткое замыкание в цепи. При этом ток короткого замыкания имеет силу I_max = Ɛ / r, поскольку Ɛ и r изменить для данного источника мы не можем, они являются характеристиками источника.

Если представить, что сопротивление внешней части цепи стремится к бесконечности (цепь становится разомкнутой), то напряжение на полюсах источника тока IR стремится к электродвижущей силе, то есть:

электродвижущая сила источника тока равна напряжению на полюсах разомкнутого источника.

На этой странице материал по темам:

Закон ома для полной цепи лекция
Закон ома для полной цепи эссе
Реферат на тему -закон ома на полной цепи википедия
Закон ома при смешанном соединении
Закон ома для полных цепей физика

Вопросы по этому материалу:

Как определяется работа сторонних сил?
Сформулируйте закон Ома для полной цепи.
Запишите формулу закона Ома для полной цепи.
Что такое ток короткого замыкания?
Как можно определить ток короткого замыкания?
Как связаны между собой максимально возможное напряжение на полюсах источника и электродвижущая сила источника?

Закон Ома — это… Что такое Закон Ома?

V — напряжение,
I — сила тока,
R — сопротивление.

Зако́н О́ма — физический закон, определяющий связь электродвижущей силы источника или электрического напряжения с силой тока и сопротивлением проводника. Экспериментально установлен в 1826 году, и назван в честь его первооткрывателя Георга Ома.

В своей оригинальной форме он был записан его автором в виде : ,

Здесь X — показания гальванометра, т.е в современных обозначениях сила тока I, a — величина, характеризующая свойства источника тока, постоянная в широких пределах и не зависящая от величины тока, то есть в современной терминологии электродвижущая сила (ЭДС) , l — величина, определяемая длиной соединяющих проводов, чему в современных представлениях соответствует сопротивление внешней цепи R и, наконец, b параметр, характеризующий свойства всей установки, в котором сейчас можно усмотреть учёт внутреннего сопротивления источника тока r^[1].

В таком случае в современных терминах и в соответствии с предложенной автором записи формулировка Ома (1) выражает

Закон Ома для полной цепи:

, (2)

где:

Из закона Ома для полной цепи вытекают следствия:

При r<<R сила тока в цепи обратно пропорциональна её сопротивлению. А сам источник в ряде случаев может быть назван источником напряжения
При r>>R сила тока от свойств внешней цепи (от величины нагрузки) не зависит. И источник может быть назван источником тока.

Часто^[2] выражение:

(3)

(где 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:

(4)

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:

(5)

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:

(6)

где коэффициент пропорциональности G назван проводимость или электропроводность. Изначально единицей измерения проводимости был «обратный Ом» — Mо^[3], впоследствии переименованный в Си́менс (обозначение: См, S).

Мнемоническая диаграмма для Закона

Схема, иллюстрирующая три составляющие закона Ома Диаграмма, помогающая запомнить закон Ома. Нужно закрыть искомую величину, и два других символа дадут формулу для её вычисления

В соответствии с этой диаграммой формально может быть записано выражение:

(7)

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:

(8)

где:

— удельное сопротивление материала, из которого сделан проводник,
— его длина
— площадь его поперечного сечения

Закон Ома и ЛЭП

Одним из важнейших требований к линиям электропередач (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 = при минимальных потерях мощности в линии передачи = , где , причём 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:

= (9)

Отсюда следует, что при постоянной передаваемой мощности её потери растут прямо пропорционально длине ЛЭП и обратно пропорционально квадрату ЭДС. Таким образом желательно всемерное её увеличение, что ограничивается электрической прочностью обмотки генератора. И 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 ней возникают потери на коронирование и возникают трудности с обеспечением надёжности изоляции от земной поверхности. Поэтому наибольшее, практически используемое, напряжение в дальних ЛЭП 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.

Закон Ома в дифференциальной форме

Сопротивление зависит как от материала, по которому течёт ток, так и от геометрических размеров проводника.

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:

где:

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 является тензором ранга (1, 1).

Раздел физики, изучающий течение электрического тока в различных средах, называется электродинамикой сплошных сред.

Закон Ома для переменного тока

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 разновремённости достижения напряжением и током своих максимальных значений, то есть учёта фазового сдвига.

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

где:

U = U₀e^iωt — напряжение или разность потенциалов,
I — сила тока,
Z = Re^−iδ — комплексное сопротивление (импеданс),
R = (R_a² + R_r²)^1/2 — полное сопротивление,
R_r = ωL − 1/(ωC) — реактивное сопротивление (разность индуктивного и емкостного),
R_а — активное (омическое) сопротивление, не зависящее от частоты,
δ = − arctg (R_r/R_a) — сдвиг фаз между напряжением и силой тока.

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, подбором такой что Тогда все значения токов и напряжений в схеме надо считать как

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.

Также необходимо отметить, что закон Ома является лишь простейшим приближением для описания зависимости тока от разности потенциалов и от сопротивления и для некоторых структур справедлив лишь в узком диапазоне значений. Для описания более сложных (нелинейных) систем, когда зависимостью сопротивления от силы тока нельзя пренебречь, принято обсуждать вольт-амперную характеристику. Отклонения от закона Ома наблюдаются также в случаях, когда скорость изменения электрического поля настолько велика, что нельзя пренебрегать инерционностью носителей заряда.

Трактовка закона Ома

Закон Ома можно просто объяснить при помощи теории Друде:

Здесь:

См. также

Примечания

Ссылки

Формула закона Ома в физике

Содержание:

Определение и формула закона Ома

Определение

Закон был получен Омом опытным путем. Построив вольт – амперную характеристику для проводника можно увидеть, что сила тока (I), текущего через проводник пропорциональна напряжению (U) на нем $(I \sim U)$.

Закон Ома для участка цепи

Если на рассматриваемом участке цепи, содержащей проводник, источников ЭДС нет $\left(U_{21}=\varphi_{1}-\varphi_{2}\right)$, то формула закона Ома является предельно простой:

$$I=\frac{U}{R}=\frac{\varphi_{1}-\varphi_{2}}{R}(1)$$

где R – сопротивление проводника (совокупности проводников, участка цепи).

Если источник тока в участок цепи включен и характеризуется при помощи ЭДС ($\varepsilon$), то формула закона Ома преобразуется к виду:

$$I=\frac{U}{R}=\frac{\varphi_{1}-\varphi_{2}+\varepsilon}{R}(2)$$

Закон Ома для замкнутой цепи

В том случае, если цепь является замкнутой, закон Ома принимает вид:

$$I=\frac{\varepsilon}{R}(3)$$

где под R=R_vnesh+r_ist понимают полное сопротивление цепи, которое включает так называемое внешнее сопротивление (R_vnesh) и сопротивление источника ЭДС (r_ist).

Формула закона Ома в дифференциальной форме

Все выше приведенные формулы закона Ома были представлены в интегральной форме. Этот закон можно записать в дифференциальной форме, которая характеризует электрическое состояние в точке.

$$\bar{j}=\sigma \bar{E}(4)$$

где $\sigma=\frac{1}{\rho}$ – удельная проводимость, $\rho$ – удельное сопротивление, $\bar{j}$ – вектор плотности тока, $\bar{E}$ – вектор напряженности электрического поля.{d} \frac{1}{\left(\sigma_{1}+\frac{\sigma_{2}-\sigma_{1}}{d}\right.} r\right) \frac{d r}{S}=\frac{d}{S\left(\sigma_{2}-\sigma_{1}\right)}\left[\ln \left(d \sigma_{2}\right)-\ln \left(d \sigma_{1}\right)\right]= \\ =\frac{d}{S\left(\sigma_{2}-\sigma_{1}\right)} \ln \left(\frac{\sigma_{2}}{\sigma_{1}}\right)(1.2) \end{array} $$

Подставим найденное в (1.2) сопротивление в (1.1), получим искомую силу тока:

$I=\frac{U}{\frac{d}{S\left(\sigma_{2}-\sigma_{1}\right)} \ln \left(\frac{\sigma_{2}}{\sigma_{1}}\right)}=\frac{U S\left(\sigma_{2}-\sigma_{1}\right)}{d \cdot \ln \left(\frac{\sigma_{2}}{\sigma_{1}}\right)}$

Ответ. $I=\frac{U S\left(\sigma_{2}-\sigma_{1}\right)}{d \cdot \ln \left(\frac{\sigma_{2}}{\sigma_{1}}\right)}$

Слишком сложно?

Формула закона Ома не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!

Пример

Задание. Какой будет плотность тока в металлическом проводнике (удельное сопротивление считать равным $\rho$) постоянного сечения, имеющем длину l, если напряжение, которое приложено к проводу равно U?

Решение. Плотность тока для проводника, который имеет постоянное сечение S можно найти как:

$$j=\frac{I}{S}(2.1)$$

Силу тока можно вычислить, если использовать формулу Закона Ома для участка цепи не имеющего ЭДС:

$$I=\frac{U}{R}(2.2)$$

Сопротивление провода найдем, применяя формулу:

$$R=\rho \frac{l}{S}(2.3)$$

Подставим, необходимые величины в (2.1), получим:

$$j=\frac{U}{S R}=\frac{U S}{S \rho l}$$

Ответ. $j=\frac{U S}{S \rho l}$

Читать дальше: Формула мощности тока.

Законы Ома и Кирхгофа, теория и примеры

Закон Ома является основным законом, который используют при расчетах цепей постоянного тока. Он является фундаментальным и может применяться для любых физических систем, где есть потоки частиц и поля, преодолевается сопротивление.

Законы или правила Кирхгофа являются приложением к закону Ома, используемым для расчета сложных электрических цепей постоянного тока.

Закон Ома

Обобщенный закон Ома для неоднородного участка цепи (участка цепи, содержащего источник ЭДС) имеет вид:

– разность потенциалов на концах участка цепи; – ЭДС источника на рассматриваемом участке цепи; R – внешнее сопротивление цепи; r – внутреннее сопротивление источника ЭДС. Если цепь разомкнута, значит, тока в ней нет (), то из (2) получим:

ЭДС, действующая в незамкнутой цепи, равна разности потенциалов на ее концах. Получается, для нахождения ЭДС источника следует измерить разность потенциалов на его клеммах при незамкнутой цепи.

Закон Ома для замкнутой цепи записывают как:

Величину иногда называют полным сопротивлением цепи. Формула (2) показывает, что электродвижущая сила источника тока, деленная на полное сопротивление равна силе тока в цепи.

Закон Кирхгофа

Пусть имеется произвольная разветвленная сеть проводников. В отдельных участках включены разнообразные источники тока. ЭДС источников постоянны и будем считать известными. При этом токи во всех участках цепи и разности потенциалов на них можно вычислить при помощи закона Ома и закона сохранения заряда.

Для упрощения решения задач по расчетам разветвлённых электрических цепей, имеющих несколько замкнутых контуров, несколько источников ЭДС, используют законы (или правила) Кирхгофа. Правила Кирхгофа служат для того, чтобы составить систему уравнений, из которой находят силы тока в элементах сложной разветвленной цепи.

Первый закон Кирхгофа

Сумма токов в узле цепи с учетом их знаков равна нулю:

Первое правило Кирхгофа является следствием закона сохранения электрического заряда. Алгебраическая сумма токов, сходящихся в любом узле цепи – это заряд, который приходит в узел за единицу времени.

При составлении уравнение используя законы Кирхгофа важно учитывать знаки с которыми силы токов входят в эти уравнения. Следует считать, что токи, идущие к точке разветвления, и исходящие от разветвления имеют противоположные знаки. При этом нужно для себя определить какое направление (к узлу или от узла) считать положительным.

Второй закон Кирхгофа

Произведение алгебраической величины силы тока (I) на сумму вешних и внутренних сопротивлений всех участков замкнутого контура равно сумме алгебраических значений сторонних ЭДС () рассматриваемого контура:

Каждое произведение определяет разность потенциалов, которая существовала бы между концами соответствующего участка, если бы ЭДС в нем была равно нулю. Величину называют падением напряжения, которое вызывается током.

Второй закон Кирхгофа иногда формулируют следующим образом:

Для замкнутого контура сумма падений напряжения есть сума ЭДС в рассматриваемом контуре.

Второе правило (закон) Кирхгофа является следствием обобщенного закона Ома. Так, если в изолированной замкнутой цепи есть один источник ЭДС, то сила тока в цепи будет такой, что сумма падения напряжения на внешнем сопротивлении и внутреннем сопротивлении источника будет равна сторонней ЭДС источника. Если источников ЭДС несколько, то берут их алгебраическую сумму. Знак ЭДС выбирается положительным, если при движении по контуру в положительном направлении первым встречается отрицательный полюс источника. (За положительное направление обхода контура принимают направление обхода цепи либо по часовой стрелке, либо против нее).

Примеры решения задач

формулировка простыми словами, формула для первого, второго и третьего

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

Закон Ома: кто придумал, определение

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

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

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

Источник: rusenergetics.ru

Формулировки и основные формулы

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

Пояснения к закону:

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

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

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

Объяснение закона Ома в классической теории

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

$I=\frac UR$

Из нее легко выводятся формулы для определения $U$:

$U\;=I\times R$

и для определения $R$:

$R=\frac UI$

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

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

Источник: dzgo.ru

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи

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

Описание формулы этого закона для полной цепи выглядит так:

$I=\frac\epsilon{R+r}$

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

$R$ — сопротивление внешней цепи;

$r$ — внутреннее сопротивление источника.

Источник: multiurok.ru

Использование закона Ома при параллельном и последовательном соединении

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

При последовательном соединении элементов основные параметры электроцепи рассчитываются следующим образом:

Сила тока по формуле:

$I=I_1=I_2=I_3$

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

Напряжение по формуле:

$U=U_1+U_2+U_3$

Где $U$ — общее напряжение, $U_1$ — напряжение первого участка, $U_2$ — напряжение второго участка, $U_3$ — напряжение третьего участка.

Сопротивление согласно формуле:

$R=R_1+R_2+R_3$

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

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

При параллельном соединении элементов основные параметры электроцепи рассчитываются следующим образом:

$I=I_1+I_2+I_3$

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

$U=U_1=U_2+U_3$

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

Сопротивление:

$R=\frac{R_1\times R_2\times R_3}{R_1+R_2+R_3}$

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

Закон Ома для переменного и постоянного тока

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

Источник: en.ppt-online.org

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

$I=\frac UZ$

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

Реактивное сопротивление цепи зависит:

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

Источник: fizikaotfizika.ru

Закон Ома для однородного и неоднородного участка цепи

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

$I=\frac UR$

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

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

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

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

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

Источник: grabachapter.com

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

Закон

Ома для замкнутой цепи, соотношение между ЭДС (VB) электрического элемента и напряжением на его полюсах

Закон Ома

ЭДС электрического элемента (батареи — источника) — это общая работа, выполняемая внутри и снаружи элемента по передаче электрических зарядов в электрической цепи. Если мы обозначим ЭДС батареи через (V _B), общая сила тока в цепи (I), внешнее сопротивление (R) и внутреннее сопротивление ячейки (r).

Тогда: V _B = I R + I r

В _В = I (R + r)

I = V _B / (R + r)

Это известно как закон Ома для замкнутой цепи, где:

Сила электрического тока = Общая электродвижущая сила / Общее сопротивление цепи

Закон Ома

Отношение между ЭДС (В _B) электрического элемента и напряжением на его полюсах (В)

По закону Ома для замкнутой цепи:

В _В = I R + I r, V = I R

∴ V _B = V + I r, ∴ V = V _B — I r

Из предыдущего соотношения мы видим, что при с внешнее сопротивление (R) увеличивается, электрический ток (I), проходящий в цепи, постепенно уменьшается, а разность потенциалов (V) между полюсами ячейки увеличивается.

Разность потенциалов (V) между полюсами ячейки становится равной ЭДС источника (V _B). Когда значение тока становится очень маленьким, (I r) можно не учитывать.

ЭДС электрического элемента больше, чем разность потенциалов между выводами его внешней цепи, когда цепь включена, потому что внутреннее сопротивление электрического элемента потребляет работу, чтобы пропустить ток внутри электрического элемента на основе соотношения (V _B = V + I r) и, следовательно, (V B ).

Следовательно, мы можем определить ЭДС ячейки как:

ЭДС ячейки (V _B) — это разность потенциалов на полюсах ячейки в случае отсутствия тока в цепи (выключатель разомкнут), или это общая работа, проделанная внутри и снаружи ячейки для передачи электрический заряд 1 Кл (единица электрических зарядов) в электрической цепи, ЭДС источника измеряется в вольтах.

Когда ЭДС электрического элемента = 3 В, общая работа, проделанная внутри и снаружи элемента для передачи электрического заряда 1 Кл в электрической цепи = 3 Дж.

Закон Ома

В случае включения в цепь одного электрического элемента:

Где V _B — показания вольтметра на батарее с внутренним сопротивлением r, батарея подключена последовательно с сопротивлением, которое имеет разность потенциалов ₂, и она подключена последовательно с амперметр.

Если переключатель K замкнут:

I = V _B / (R + r)

I = V _B — V ₁ / r

I = V ₂ / R

V ₂ = I R, V ₁ = V _B — I r

Если выключатель К разомкнут:

I = 0

В ₂ = 0, В ₁ = В _В

В случае двух последовательно включенных в цепь электрических ячеек

Где, В ₁ — это показание вольтметра на первой батарее с внутренним сопротивлением r ₁, В ₂ — это показание вольтметра на второй батарее с внутренним сопротивлением r ₂, разность потенциалов на двух батареях составляет V ₃.

Когда две батареи подключены в одном направлении:

I = [(V _B) ₁ + (V _B) ₂] / (R + r ₁ + r ₂)

V ₁ = (V _B) ₁ — I r ₁

V ₂ = (V _B) ₂ — I r ₂

В ₃ = В ₁ + В ₂

Когда две батареи подключены в противоположных направлениях, Где (V _B) ₂ <(V _B) ₁:

I = [(V _B) ₁ — (V _B) ₂] / (R + r ₁ + r ₂)

V ₁ = (V _B) ₁ — I r ₁ (нагнетательный корпус)

В ₂ = (В _B) ₂ + I r ₂ (зарядный кейс)

В ₃ = В ₁ — В ₂

Электрический ток, разность потенциалов, электрическое сопротивление и закон Ома

Подключение сопротивлений (последовательно и параллельно), Электроэнергия и Электроэнергия

Первый закон Кирхгофа, второй закон Кирхгофа и способы решения проблем, связанных с законами Кирхгофа

Закон

Ом — обзор

ЗАКОН

ОМА

Закон

Ома гласит, что электрический ток (I [амперы {Å}]) в цепи пропорционален разности электрических потенциалов (В; вольт [v]) в схема:

Константа пропорциональности, R, известна как сопротивление и выражается в омах (В).На рисунке 4.5 показана простая электрическая цепь постоянного тока, состоящая из батареи 5 В и резистора 100 Ом. Стрелка показывает направление протекания тока в цепи. После некоторой алгебраической перестановки уравнения 4-1 мы можем использовать закон Ома для определения тока в цепи:

РИСУНОК 4.5. Простая электрическая схема, состоящая из батареи 5 В и резистора 100 Ом. Закон Ома используется для вычисления электрического тока (I), который течет от высокого (+) к низкому (-) потенциалу.

Ур.4.2I = ΔV / RI = 5V / 100ΩI = 0,05A

Что произойдет, если мы удвоим электрический потенциал в цепи до 10 В? Ответ прост; удваиваем ток в цепи.

I = ΔV / RI = 10 В / 100 Ом I = 0,10 А

Что произойдет, если мы удвоим сопротивление в цепи до 200 Ом?

I = ΔV / RI = 5V / 200ΩI = 0,025A

В этом случае ток исходной цепи уменьшается вдвое.

Закон Ома может помочь нам понять, как работают некоторые очень распространенные преобразователи. Например, многие обычные чувствительные элементы показывают изменение электрического сопротивления в ответ на изменение измеряемой величины.Когда эти резистивные чувствительные элементы правильно размещены в простых цепях постоянного тока, изменения измеряемой величины изменят сопротивление, ток и электрический потенциал в цепи.

На рис. 4.6 показана простая электрическая схема, содержащая батарею 4 В и два резистора. Один резистор имеет постоянное сопротивление 10 000 В, тогда как второй резистор состоит из термистора, который представляет собой кусок керамического материала, который демонстрирует повторяемое изменение сопротивления в зависимости от температуры. Первый и второй столбцы таблицы 4-2 содержат данные, показывающие, как сопротивление термистора изменяется с температурой.Закон Ома может использоваться для определения тока, протекающего в цепи, и изменения напряжения, которое возникает на каждом резисторе по мере того, как ток течет по цепи. Для определения протекания тока необходимо рассчитать полное сопротивление цепи. Это получается суммой постоянного резистора R _f и переменного термистора R _t. Таким образом, для температуры 0 ° C R _f и R _t равны 10 000 и 9800 В соответственно.

РИСУНОК 4.6. Простая электрическая схема, состоящая из батареи на 4 В, постоянного резистора на 10 000– В и переменного резистора, известного как термистор. Изменения температуры изменяют общее сопротивление цепи, что приводит к изменению протекания тока и падения напряжения на обоих резисторах. По закону Ома вычисляется ток, протекающий в цепи, и результирующее напряжение падает на обоих резисторах.

ТАБЛИЦА 4.2. Пример расчета значений тока и напряжения в простой цепи термистора (рисунок 4.5) при различных температурах

1.98

Температура (° C)	Сопротивление термистора (R _t) (Ом)	Фиксированное сопротивление (R _f) (Ом)	Ток цепи (мА)	Напряжение по R _f (В)	Напряжение по R _t (В)
0	9800	10,000	0.202		7600	10,000	0.227	2,27	1,73
10	5900	10 000	0,252	2,52	1,48
15	4700 10409	20	3750	10,000	0,291	2,91	1,09
25	3000	10,000	0,308	3.08	0,92

В столбце 2 указано сопротивление элемента термистора при температурах, представленных в столбце 1.

Ур. 4.3I = ΔV / (Rf + Rp) I = 4V / (10,000 Ом + 9800 Ом) I = 0,000202 A = 0,202 мА

Обратите внимание, что ток довольно мал. В этом случае предпочтительной единицей измерения тока являются миллиамперы (мА), а не амперы (1 мА 0,001 А). Как только известен протекание тока, можно определить падение напряжения на каждом сопротивлении в цепи. Опять же, согласно закону Ома, падение напряжения на постоянном резисторе составляет:

Eq.4.4ΔV = I * RΔV = 0,202 мА * 10,000 ОмΔV = 0,000202 A * 10,000ΩΔV = 2,02В

А падение напряжения на термисторе составляет:

ΔV = I * RΔV = 0,000202 A * 9800ΩΔV = 1,98 В

четвертый, пятый и шестой столбцы таблицы 4.2 показывают результаты аналогичных вычислений тока и падения напряжения для других температур, перечисленных в таблице. Обратите внимание, как изменение температуры элемента термистора вызывает изменение протекания тока, что, в свою очередь, вызывает изменение падения напряжения как на фиксированном, так и на элементах сопротивления термистора.При эксплуатации температура измеряется путем подсоединения одной стороны выводных проводов к фиксированному резистору, а другую сторону выводов к входным клеммам системы DAS, предварительно настроенной для приема входного сигнала постоянного тока 0–4 В. На рис. 4.7 графически показано, как выходной сигнал цепи термистора будет изменяться в зависимости от температуры. Обратите внимание, что мы решили подключить DAS к фиксированному резистору (иногда называемому токоизмерительным резистором ) , потому что напряжение увеличивается с температурой.Напротив, падение напряжения на термисторе уменьшается с повышением температуры.

РИСУНОК 4.7. Выходное напряжение цепи термистора на Рисунке 4.5 как функция температуры.

Определение закона Ома в физике.

Примеры закона Ома в следующих темах:

Закон Ома
- Это важное соотношение известно как закон Ома .
- Это соотношение также называется законом Ома закон .
- Закон Ома (как и закон Гука ) не является универсальным.
- Многие вещества, для которых действует закон Ома , называются омическими.
- Два других устройства не подчиняются закону Ома .
Измерения тока и напряжения в цепях
- Согласно закону Ома , электрический ток I или движение заряда, протекающее через большинство веществ, прямо пропорционально приложенному к нему напряжению V.
- Закон Ома , следовательно, можно записать следующим образом:
- Более конкретно, закон Ома утверждает, что R в этом отношении является постоянным, независимо от тока.
- Чтобы решить эту проблему, мы просто подставим указанные значения в закон Ом закон : I = 1,5 В / 5 Ом; I = 0,3 ампера.
- Если мы знаем ток и сопротивление, мы можем изменить уравнение закона Ом и решить для напряжения V:
Резисторы в цепях переменного тока
- В цепи с резистором и источником питания переменного тока все еще применяется закон Ома (V = IR).
- Закон Ома применяется как к цепям переменного тока, так и к цепям постоянного тока.
- Примените закон Ома для определения силы тока и напряжения в цепи переменного тока
Конденсаторы
в цепях переменного тока: емкостное сопротивление и фазовые диаграммы
Здесь мы использовали закон Ом (V = IR), чтобы получить соотношение между напряжением и током в цепях переменного тока.
В этом и последующих Атомах мы обобщим закон Ома , чтобы мы могли использовать его, даже когда в цепи есть конденсаторы и катушки индуктивности.
Поскольку это по-прежнему напряжение, деленное на ток (например, сопротивление), его единицей является Ом .
Это считается эффективным сопротивлением конденсатора переменному току, поэтому среднеквадратичный ток Irms в цепи, содержащей только конденсатор C, определяется другой версией закона Ома как $ I_ {rms} = \ frac {V_ {rms}} {X_C} $, где Vrms — действующее значение напряжения.
Обратите внимание, что XC заменяет R в версии для постоянного тока закона Ом для постоянного тока.
Резисторы серии
- Использование закона Ома для расчета изменений напряжения в резисторах серии
- Согласно закону Ома падение напряжения V на резисторе при протекании через него тока рассчитывается по формуле V = IR, где I — ток в амперах (A), а R — сопротивление в Ом (Ом).
- Краткое введение в анализ последовательной цепи и анализа последовательной цепи, включая Закон Кирхгофа по току (KCL) и Закон Кирхгофа по напряжению (KVL).
Параллельные резисторы
- Согласно закону Ома , токи, протекающие через отдельные резисторы, равны $ I_1 = \ frac {V} {R_1} $, $ I_2 = \ frac {V} {R_2} $ и $ I_3 = \ frac {V} {R_3} $.
Цепь серии
RLC: на больших и малых частотах; Фазорная диаграмма
Объединив закон Ом (Irms = Vrms / Z; Irms и Vrms — среднеквадратичные ток и напряжение) и выражение для импеданса Z из:
Этот отклик имеет смысл, потому что на высоких частотах закон Ленца предполагает, что полное сопротивление катушки индуктивности будет большим.
Различные типы токов
- Ряд законов по электричеству применяется ко всем электрическим сетям.
- К ним относятся закон Ома , который обсуждался в модуле «Сопротивление и резисторы», законы тока и напряжения Кирхгофа , которые рассматриваются в модуле «Правила Кирхгофа».
- Два закона Кирхгофа вместе с вольт-амперной характеристикой (ВАХ) каждого электрического элемента полностью описывают цепь.
- Ток i, протекающий по цепи, задается законом Ома .
Индукторы в цепях переменного тока: индуктивно-реактивные и фазовые диаграммы
- В цепи переменного тока с катушкой индуктивности напряжение на катушке индуктивности «ведет» ток в соответствии с законом Ленца .
- Среднеквадратичное значение тока Irms через катушку индуктивности L определяется версией закона Ом : $ I_ {rms} = \ frac {V_ {rms}} {X_L} $, где Vrms — среднеквадратичное напряжение на катушке индуктивности, а $ X_L = 2 \ pi \ nu L $, где $ \ nu $ — частота источника переменного напряжения в герцах.
- Поскольку катушка индуктивности препятствует прохождению тока, XL имеет единицы измерения Ом (1 H = 1 Ωs, так что частота, умноженная на индуктивность, имеет единицы (циклов / s) (Ωs) = Ω), в соответствии с его ролью в качестве эффективное сопротивление.
- Напряжение на катушке индуктивности «ведет» ток в соответствии с законом Ленца .
Введение и значение
- Схема Кирхгофа законы — это два уравнения, впервые опубликованные Густавом Кирхгофом в 1845 году.
- Кирхгоф, скорее, использовал работу Георга Ома в качестве основы для действующего закона Кирхгофа (KCL) и закона Кирхгофа напряжения (KVL).
- Закон Кирхгофа чрезвычайно важен для анализа замкнутых цепей.
- В заключение, закон Кирхгофа зависит от определенных условий.
- Закон напряжения является упрощением закона индукции Фарадея и основан на предположении, что внутри замкнутого контура нет флуктуирующего магнитного поля.

9B: Электрический ток, ЭДС и закон Ома

Теперь мы приступим к изучению электрических цепей. Цепь — это замкнутый проводящий путь, по которому течет заряд. В схемах заряд идет петлями. Скорость потока заряда называется электрическим током. Схема состоит из элементов схемы, соединенных между собой проводами. Конденсатор — это пример элемента схемы, с которым вы уже знакомы. В этой главе мы представим еще несколько схемных элементов.При анализе схем мы рассматриваем провода как идеальные проводники, а элементы схемы как идеальные элементы схемы. Сложность схем очень разнообразна. Компьютер — сложная схема. Фонарик представляет собой простую схему.

Элементы схемы, с которыми вы будете иметь дело в этом курсе, — это двухконтактные элементы схемы. Существует несколько различных типов двухконтактных схемных элементов, но все они имеют некоторые общие черты. Двухконтактный элемент схемы — это устройство с двумя концами, каждый из которых является проводником.Два проводника называются клеммами. Терминалы могут иметь разные формы. Некоторые из них — провода, некоторые — металлические пластины, некоторые — металлические кнопки, а некоторые — металлические столбы. К клеммам подключаются провода, чтобы сделать элемент схемы частью схемы.

Важным двухконтактным элементом схемы является место расположения ЭДС. Вы можете думать о сиденье EMF как об идеальном аккумуляторе или как об идеальном источнике питания. Он поддерживает постоянную разность потенциалов (также известную как постоянное напряжение) между своими выводами.Для представления этой разности потенциалов используется либо имя константы \ (\ varepsilon \) (сценарий \ (E \)), либо имя константы \ (V \).

Чтобы достичь разности потенциалов \ (E \) между своими выводами, очаг ЭДС, когда он впервые возникает, должен перемещать некоторый заряд (мы рассматриваем движение заряда как движение положительного заряда) от одного вывода к другой. «Один вывод» остается с чистым отрицательным зарядом, а «другой» приобретает чистый положительный заряд. Место ЭДС перемещает заряд до тех пор, пока положительный вывод не будет иметь потенциал \ (E \) выше, чем отрицательный вывод.Обратите внимание, что место ЭДС не производит заряда; он просто выталкивает существующий заряд. Если вы подключите изолированный провод к положительному выводу, он будет иметь тот же потенциал, что и положительный вывод, и, поскольку заряд на положительном выводе будет распространяться по проводу, гнездо ЭДС будет иметь такой же потенциал, как и положительный вывод. переместить еще немного заряда с клеммы с более низким потенциалом для поддержания разности потенциалов. Редко говорят о заряде любого из выводов сиденья ЭДС или провода, подключенного к любому из этих выводов.{-12} С \)). Кроме того, накопление заряда происходит почти мгновенно, поэтому к тому времени, когда вы заканчиваете подключать провод к клемме, этот провод уже имеет заряд, о котором мы говорим. В общем, мы не знаем, сколько заряда находится на положительной клемме и какой провод к ней может быть подключен, и нам все равно. Это ничтожно мало. Но этого достаточно, чтобы разность потенциалов между выводами была номинальным напряжением места возникновения ЭДС.

Как вы помните, электрический потенциал — это то, что используется для характеристики электрического поля.Вызывая разность потенциалов между его выводами и между любой парой проводов, которые могут быть подключены к его выводам, место действия ЭДС создает электрическое поле. Электрическое поле зависит от расположения проводов, которые подключаются к клеммам гнезда ЭДС. Электрическое поле — еще одна величина, которую мы редко обсуждаем при анализе цепей. Обычно мы можем выяснить, что нам нужно узнать, по значению разности потенциалов E, которое место ЭДС поддерживает между своими терминалами.Но электрическое поле действительно существует, и в цепях электрическое поле заряда на проводах, подключенных к месту возникновения ЭДС, — это то, что заставляет заряд течь в цепи, а поток заряда в цепи — огромная часть того, что схема — это все о.

Используем символ

, чтобы представить гнездо ЭДС на принципиальной схеме (также известной как схематическая диаграмма цепи), где два коллинеарных отрезка линии представляют выводы гнезда ЭДС, причем тот, который подключен к более короткому из параллельных сегментов линии, является отрицательным, низковольтный, терминальный; а также; тот, который подключен к более длинному из параллельных сегментов линии, является положительным выводом с более высоким потенциалом.

Другой элемент схемы, который я хочу представить в этой главе, — это резистор. Резистор — плохой проводник. Сопротивление резистора является мерой того, насколько плохой проводник является резистор. Чем больше значение сопротивления, тем хуже элемент схемы пропускает заряд через себя. Резисторы бывают разных форм. Нить накала лампочки — это резистор. Элемент тостера (часть, которая светится красным, когда тостер включен) — это резистор. Люди изготавливают небольшие керамические цилиндры (с углеродным покрытием и проволокой, торчащей на каждом конце), чтобы иметь определенные значения сопротивления.У каждого из них есть значение сопротивления, указанное на самом резисторе. Символ

используется для обозначения резистора на принципиальной схеме. Символ R обычно используется для обозначения значения сопротивления резистора.

Теперь мы готовы рассмотреть следующую простую схему:

Вот и снова без стольких этикеток:

Верхний провод (проводник) имеет одно значение электрического потенциала (назовите его \ (\ varphi_ {HI} \)), а нижний провод имеет другое значение электрического потенциала (назовите его \ (\ varphi_ {LOW} \)), например что разница \ (\ space \ varphi_ {HI} — \ varphi_ {LOW} \ space \) равна \ (\ space \ varepsilon \).

\ [\ varphi_ {HI} — \ varphi_ {LOW} = \ varepsilon \]

Чтобы поддерживать разность потенциалов \ (\ varepsilon \) между двумя проводниками, место расположения ЭДС вызывает появление небольшого количества положительного заряда на верхнем проводе и такое же количество отрицательного заряда на нижнем проводе. Это разделение зарядов вызывает электрическое поле в резисторе.

(Мы проводим этот аргумент в модели положительного носителя заряда. Хотя это не имеет значения для схемы, на самом деле это отрицательно заряженные частицы, движущиеся в противоположном направлении.Эффект тот же.)

Важно понимать, что каждая часть цепи переполнена обоими видами заряда. Провод, резистор, все невероятно забито как положительным, так и отрицательным зарядом. Один вид заряда может двигаться на фоне другого. Теперь электрическое поле в резисторе толкает положительный заряд в резисторе в направлении от вывода с более высоким потенциалом к выводу с более низким потенциалом.

Направление положительного заряда на провод с более низким потенциалом приведет к увеличению потенциала провода с более низким потенциалом и оставит верхний конец резистора с отрицательным зарядом.Я говорю «был бы», потому что любая тенденция к изменению относительного потенциала двух проводов немедленно компенсируется местом расположения ЭДС. Помните, что это то, что делает сиденье ЭДС, оно поддерживает постоянную разность потенциалов между проводами. Для этого в рассматриваемом случае гнездо ЭДС должно вытягивать положительные заряды из провода с более низким потенциалом и подталкивать их к проводу с более высоким потенциалом. Кроме того, любая тенденция верхнего конца резистора становиться отрицательным сразу же приводит к силе притяжения на положительный заряд в проводе с более высоким потенциалом.Это заставляет этот положительный заряд перемещаться вниз в резистор вместо заряда, который только что перемещался вдоль резистора к проводу с более низким потенциалом. Чистый эффект — это непрерывное движение заряда по часовой стрелке по петле, как мы видим на диаграмме, при этом чистое количество заряда в любом коротком участке цепи никогда не меняется. Выберите место в любом месте трассы. Так же быстро, как положительный заряд покидает это место, больше положительного заряда из соседнего места перемещается внутрь. То, что мы имеем, — это вся скопившаяся масса носителей положительного заряда, движущихся по петле по часовой стрелке, все из-за электрического поля в резисторе, и «настойчивость» ЭДС в поддержании постоянной разности потенциалов между проводами.

Теперь нарисуйте пунктирную линию поперек контура в любой точке контура, как показано ниже.

Скорость, с которой заряд пересекает эту линию, является скоростью потока заряда в этой точке (точке, в которой вы нарисовали пунктирную линию) в цепи. Скорость потока заряда, сколько кулонов заряда в секунду пересекает эту линию, называется электрическим током в этой точке. В данном случае, поскольку вся схема состоит из одной петли, ток одинаков в каждой точке схемы — не имеет значения, где вы «рисуете линию».”Символ, который обычно используется для представления значения тока, — это \ (I \).

При анализе схемы, если текущая переменная еще не определена для вас, вы должны определить ее
, нарисовав стрелку на схеме и пометив ее \ (I \) или \ (I \) нижним индексом.

Единицы измерения тока — кулоны в секунду (\ (C / s \)). Этой комбинации единиц дано имя: ампер, сокращенно \ (A \).

\ [1A = 1 \ frac {C} {s} \]

Теперь об этом резисторе: в нашей модели носителя положительного заряда заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться в резисторе, испытывают силу, действующую на них со стороны электрического поля в направлении электрического поля.В результате они испытывают ускорение. Но фоновый материал, составляющий вещество, частью которого являются носители заряда, оказывает на носители заряда замедляющую силу, зависящую от скорости. Чем быстрее они движутся, тем больше тормозящая сила. После завершения цепи (выполнения этого окончательного соединения провод-клемма) носители заряда в резисторе почти мгновенно достигают предельной скорости, при которой тормозящая сила на данном носителе заряда так же велика, как сила, проявляемая электрическое поле на этом носителе заряда.Значение конечной скорости вместе с количеством носителей заряда на объем в резисторе и площадью поперечного сечения плохо проводящего материала, составляющего резистор, определяют скорость потока заряда, ток , в резисторе. В рассматриваемой простой схеме расход заряда в резисторе — это расход заряда во всей цепи.

Само значение конечной скорости зависит от силы электрического поля и природы тормозящей силы.Характер тормозящей силы зависит от материала, из которого изготовлен резистор. Один вид материала приведет к большей конечной скорости для того же электрического поля, что и другой вид материала. Даже с одним типом материала возникает вопрос, как тормозящая сила зависит от скорости. Он пропорционален квадрату скорости, логарифму скорости или чему-то еще? Эксперимент показывает, что в важном подмножестве материалов в определенных диапазонах конечной скорости тормозящая сила пропорциональна самой скорости.Такие материалы подчиняются закону Ома и называются омическими материалами.

Рассмотрим резистор в простой схеме, с которой мы имели дело.

Если вы удвоите напряжение на резисторе (используя гнездо ЭДС, которое поддерживает вдвое большую разность потенциалов между его выводами, как исходное гнездо ЭДС), то вы удвоите электрическое поле в резисторе. Это удваивает силу, действующую на каждый носитель заряда. Это означает, что при предельной скорости любого носителя заряда тормозящая сила должна быть вдвое больше.(Поскольку после подключения этой последней цепи скорость носителей заряда увеличивается до тех пор, пока тормозящая сила на каждом носителе заряда не станет равной по величине приложенной силе.) В омическом материале, если тормозящая сила вдвое больше, то скорость вдвое больше. Если скорость вдвое больше, то расход заряда, электрический ток, вдвое больше. Таким образом, удвоение напряжения на резисторе увеличивает вдвое ток. Действительно, для резистора, подчиняющегося закону Ома, ток в резисторе прямо пропорционален напряжению на резисторе.

Подведение итогов: когда вы подаете напряжение на резистор, в этом резисторе есть ток. Отношение напряжения к току называется сопротивлением резистора.

\ [R = \ frac {V} {I} \]

Это определение сопротивления согласуется с нашим пониманием того, что сопротивление резистора является мерой того, насколько он плохой проводник. Проверить это. Если для данного напряжения на резисторе вы получаете крошечный небольшой ток (это означает, что резистор является очень плохим проводником), значение сопротивления \ (R = \ frac {V} {I} \) с этим маленьким значением ток в знаменателе очень велик.Если, с другой стороны, для того же напряжения вы получаете большой ток (это означает, что резистор является хорошим проводником), тогда значение сопротивления \ (R = \ frac {V} {I} \) мало.

Если материал, из которого изготовлен резистор, подчиняется закону Ома, тогда сопротивление \ (R \) является постоянным, что означает, что его значение одинаково для разных напряжений. Отношение \ (R = \ frac {V} {I} \) обычно записывается в форме \ (V = IR \).

Закон Ома:

Сопротивление \ (R \) в выражении \ (V = IR \) является постоянной величиной.

Закон
Ома хорош для резисторов, изготовленных из определенных материалов (называемых омическими материалами) в ограниченном диапазоне напряжений.
Единиц сопротивления
Учитывая, что сопротивление резистора определяется как отношение напряжения на этом резисторе к результирующему току на этом резисторе,
\ [R = \ frac {V} {I} \]
очевидно, что единицей сопротивления является вольт на ампер, \ (\ frac {V} {A} \). Этому комбинированному блоку присвоено имя. Мы называем это ом, сокращенно \ (\ Omega \), греческая буква верхнего регистра омега.
\ [1 \ Omega = 1 \ frac {\ mbox {volt}} {\ mbox {ampere}} \]
Авторы и авторство
1. Электроны в движении — Практическая электроника: компоненты и методы [Книга]
Электроэнергия течет, когда замкнутая цепь позволяет электронам перемещаться из высокий потенциал к более низкому потенциалу в замкнутом контуре. Другими словами, для протекания тока требуется источник электронов, обладающий силой для их перемещения, а также точка возврата электронов.
Поток электрического тока (физическое явление) характеризуется четырьмя основные величины: напряжение, ток, сопротивление и мощность. Мы будем использовать простая схема, показанная на рис. 1-4 в качестве основы для после обсуждения. Обратите внимание, что схема показана как на картинке, так и на схематическая форма. Дополнительные сведения о схематических обозначениях см. В Приложении B.
Рисунок 1-4. Простая цепь постоянного тока
Здесь уместно сказать несколько слов о термине текущий . Слово имеет более чем одно значение в электронике, которое поначалу может сбивать с толку.В одном смысле, ток относится к потоку электронов через какой-либо проводник. Это это ссылка на движение заряда, переносимого электронами. В другом В смысле, ток относится к количеству электронов, движущихся по проводнику. В этом смысле он определяет объем электронов, проходящих мимо некоторой точки. в цепи в какой-то момент времени. Другими словами, измерение тока это определение количества движущихся электронов.
Один из способов подумать о токе — это помнить, что его нельзя измерить без движения, поэтому, когда вы видите или слышите слово ток , это обычно имея в виду движение.Чтобы прояснить различие, термин текущий поток равен часто используется для обозначения движения электрических зарядов. Статические заряды, даже если на клеммах общей батареи, не протекает ток и, следовательно, не поддается измерению Текущий.
Ток, который течет только в одном направлении, как на рисунке 1-4, называется постоянный ток (DC). Обычная батарея производит постоянный ток, как и источник постоянного тока. в типичной компьютерной системе. Ток, который постоянно меняет направление, называется переменный ток (AC).AC — это то, что выходит из бытовой розетки (в США, например). Это также тип тока, который управляет громкоговорителями. в стереосистеме. Скорость, с которой ток меняет направление, называется частота и измеряется в циклах в секунду в Герцах (сокращенно Гц). Таким образом, сигнал 60 Гц состоит из тока, меняющего направление 60 раз за второй. Когда переменный ток используется для управления громкоговорителем, сигнал с частота 440 Гц будет A выше среднего C для наших ушей.
По соглашению, постоянный ток протекает от плюса к земле. (отрицательный), тогда как на самом деле электроны текут от отрицательного вывода к положительный вывод источника питания. На рисунке 1-4 стрелки показывают электронный поток. По сути, расхождение происходит из-за ошибочного предположения, сделанного Бенджамин Франклин, который думал, что электроны имеют положительный заряд и текут от положительных к отрицательным клеммам. Он ошибся, но в итоге мы получили условность, которая уже была прочно укоренилась к тому времени, когда физики выяснили что на самом деле происходило.Следовательно, у нас есть обычный ток и электрон текущий поток. Хотя вы должны знать об этом несоответствии, с этого момента и далее мы будем использовать обычный ток, поскольку именно он электронная промышленность использует.
A вольт (V) — единица измерения, используемая для разности электрических потенциалов, электрического потенциал и электродвижущая сила. Когда используется термин напряжение , он обычно относится к к разности электрических потенциалов между двумя точками.Другими словами, мы говорим, что статический заряд имеет значение некоторого количества вольт (потенциала), но есть определенное количество напряжения между двумя точками в цепи (разность потенциалов).
Напряжение можно представить как тип давления или движущей силы (хотя это не так. фактически сила в механическом смысле). Это электродвижущая сила (ЭДС), создаваемая от батареи или генератора какого-либо типа, а ЭДС может управлять током через цепь. И хотя он может не выглядеть как генератор, блок питания (вроде того, который подключает в розетку для зарядки сотового телефона) на самом деле не более чем преобразователь для выход генератора где-нибудь на электростанции.
Еще один способ думать о напряжении — это разность электрических потенциалов между двумя точками. в электрическом поле. Это похоже на разницу в потенциальной энергии пушечного ядра наверху лестницы, в отличие от ядра на вершине высокой башни. Оба ядра существуют в гравитационном поле Земли, они оба обладают потенциальной энергией, и потребовалось некоторое поработайте, чтобы поставить их обоих в нужное положение. Когда они выпускаются, пушечное ядро наверху при ударе о землю у башни будет больше энергии, чем у пушечного ядра, сброшенного с верхняя часть лестницы, потому что она имела большую потенциальную энергию из-за своего положения.
Эти два описания напряжения на самом деле являются противоположными сторонами одной медали. В Чтобы создать разность потенциалов между двумя точками, необходимо провести работу. Когда эта энергия утеряна или использована, возможно падение. Когда пушечное ядро падает на землю, все энергия, вложенная в его установку против силы тяжести, используется для создания красивая вмятина в земле.
Здесь важно помнить, что высокое напряжение дает больше доступной электрической энергии. (давление), чем низкое напряжение.Вот почему вы не получаете ничего, кроме едва заметного искра при коротком замыкании обычной 9-вольтовой батареи куском провода, но молния, при около 10 000 000 вольт (или больше!), может пройти весь путь между облаком и земля в яркой вспышке. Молния имеет большее напряжение и, следовательно, больший потенциал. разница, поэтому он способен преодолевать изолирующие эффекты промежуточного воздуха.
В то время как напряжение можно рассматривать как электрическое давление, ток является мерой величины, или объем электронов, движущихся по цепи в некоторой заданной точке.Помните, что термин ток может иметь два разных значения: движение электронов (поток) и объем электронного потока. В электронике слово ток обычно означает количество электронов, проходящих через проводник в определенной точке в один момент времени во время. В данном случае это относится к физической величине и измеряется в единицах амперы (сокращенно A).
Теперь, когда мы рассмотрели напряжение и ток, мы можем изучить некоторые вещи. это происходит во время движения заряда (протекания тока) при определенном напряжении.Каким бы хорошим ни был обычный проводник, он никогда не пройдет электроны без сопротивления току (сверхпроводники получают вокруг этого, но мы не будем здесь касаться этой темы). Сопротивление есть мера того, насколько ток препятствует прохождению тока в цепи, и это измеряется в омах, назван в честь немецкого физика Георга Симона Ома. «Сопротивление» содержит более подробную информацию о физических свойствах сопротивления, а пока давайте рассмотрим, как сопротивление взаимодействует с текущим потоком.
Вы можете думать о сопротивлении как об аналоге механического трения (но аналогия не идеально). Когда ток проходит через сопротивление, часть напряжения разность потенциалов преобразуется в тепло, и будет падение напряжения на резистор. Количество выделяемого тепла зависит от протекающего тока. через сопротивление и величину падения напряжения. Мы посмотрим на это более внимательно в силе».
Вы также можете думать о сопротивлении как о степени «липкости», которую валентность атома Оболочечные электроны проявятся.Атомы, которые могут легко отдавать или принимать электроны, будут иметь низкое сопротивление, тогда как те, кто хочет удерживать свои электроны, будут демонстрировать более высокое сопротивление. сопротивление (и, конечно, те, которые не отдают электроны при нормальном условия хорошие изоляторы).
Углерод, например, проводит электричество, но не так легко, как медь. Углерод это популярный материал для изготовления компонентов, называемых резисторами, используемых в электронные схемы. В главе 8 рассматриваются пассивные компоненты, такие как резисторы.
Три основных правила электротехники
Три основных правила электротехники
Каждую неделю мы рассказываем вам что-нибудь интересное об измерительной технике, наших испытательных и измерительных системах или знакомим вас с полезными функциями КИСЛОРОДА. Сегодня мы хотели бы сделать шаг назад и объяснить некоторые основы, на которых основана измерительная техника — электротехника.
Так просто измерить некоторые параметры, не правда ли? На самом деле это просто.Но это еще проще, если вы знаете физические законы, лежащие в основе параметров, которые вы хотите измерить.
Три физических размера, с которыми вы всегда сталкиваетесь в секторе испытаний и измерений, а также в электротехнике, — это напряжение, сопротивление и ток. Так называемый закон Ома объясняет, как соотносятся эти три параметра.
Закон Ома
Закон
Ома был основан немецким физиком Георгом Симоном Омом в 1826 году. Отсюда закон и получил свое название.Этот закон очень важен в электротехнике. Ом определил следующее правило: если у вас есть фиксированное сопротивление и вы напрягаете его двумя разными напряжениями, вы можете видеть, что ток увеличивается или уменьшается по отношению к напряжению.
Если вы используете фиксированный ток и сопротивление изменяется, вы можете видеть, что значение тока увеличивается с уменьшением сопротивления. С увеличением сопротивления текущее значение уменьшается.
Простая формула описывает закон Ома:
U = R * I
Напряжение [В] = сопротивление [Ом] * ток [A]
Законы Кирхгофа
Все расчеты в электрических цепях основаны на двух законах Кирхгофа.Они были основаны Робертом Кирхгофом, другим немецким физиком.
Первый закон Кирхгофа
Первый закон Кирхгофа также известен как текущий закон Кирхгофа и также является основным правилом электротехники. В нем говорится, что узлы появляются при параллельном подключении сопротивлений. Эти узлы называются узлами электрического тока. В каждом узле сумма входящих токов равна сумме выходных токов.
Математически текущий закон Кирхгофа можно описать следующим образом:
Второй закон Кирхгофа
Второй закон Кирхгофа также называется законом напряжения Кирхгофа.Это говорит о том, что в замкнутой цепи происходит определенное распределение напряжения. Сумма всех частичных напряжений в замкнутой цепи равна значению напряжения источника.
На следующем рисунке показано, как работает второй закон Кирхгофа:
Узнать больше
Подводя итог, мы хотели бы добавить, что напряжение — это движущая сила, при которой ток может протекать даже в цепи.
С нашими системами тестирования и измерения очень легко определить каждый из объясненных физических размеров, даже в очень сложных рабочих условиях.Для следующей задачи измерения теперь вы можете вспомнить основы электротехники, которые, вероятно, в последний раз слышали в школе или университете.
Подписывайтесь на нас в LinkedIn, чтобы не пропустить ни одного обновления. Мы также будем продолжать предоставлять вам основы электротехники, испытаний и измерений в будущем.
Пример закона
Ома с решениями для средней школы
Экспериментально обнаружено, что когда напряжение или разность потенциалов $ \ Delta V $ прикладывается к концам определенных проводников, ток через них пропорционален приложенному напряжению, то есть $ I \ propto \ Delta V $.
Константа пропорциональности называется сопротивлением этого проводника .
Другими словами, сопротивление определяется как отношение напряжения в проводнике к току, протекающему по нему. \ [R \ Equiv \ frac {\ Delta V} {I} \] Это простое соотношение между разностью потенциалов и током известный как закон Ома .
Единицы сопротивления в системе СИ — вольт на ампер , которые называются Ом ($ \ Omega $).
Проводник, который обеспечивает определенное сопротивление в электрической цепи, называется резистором .
Например, если резистор 10 Ом подключен к клеммам аккумулятора с напряжением 240 В, то через него проходит ток $ \ frac {240} {10} = 24 \, {\ rm A} $.
Напротив, в электронике также есть проводники или материалы, которые выше простой линейной зависимости между напряжением и током не соблюдаются, такие как диоды, транзисторы или люминесцентные лампы.
В таких материалах существует нелинейная зависимость напряжения от тока. Эти проводники называются неомическими материалами .
Ниже приведены некоторые простые вопросы и ответы о законе Ома с подробными пояснениями. Все задачи подходят старшекласснику.
Примеры закона Ома
Пример (1): Электронное устройство имеет сопротивление 20 Ом и ток 15 А. Какое напряжение на устройстве?
Решение : сопротивление, ток и напряжение связаны законом Ома как $ V = IR $. Таким образом, напряжение устройства получается как \ begin {align *} V & = IR \\ & = 15 \ times 20 \\ & = 300 \ quad {\ rm V} \ end {align *}
Пример (2): разность потенциалов $ 3 — {\ rm V} $ приложена к резистору $ 6 \, {\ rm \ Omega} $.Какой ток протекает через резистор?
Решение : Закон Ома гласит, что разность потенциалов на резисторе равна сопротивлению, умноженному на ток, поэтому мы получаем \ begin {align *} I & = \ frac VR \\ & = \ frac {3} {6} \\ & = 0.5 \ четырехъядерный {\ rm A} \ end {align *}
Пример (3): Ток величиной $ 0,2 \, {\ rm A} $ проходит через резистор $ 1,4 \, {\ rm k \ Omega} $. Какое напряжение на нем?
Решение : используя закон Ома, $ V = I R $, мы имеем \ begin {align *} V & = IR \\ & = (0.2 \, {\ rm A}) (1.4 \ times 1000 \, {\ rm \ Omega}) \\ & = 280 \ quad {\ rm V} \ end {align *}

Пример (4): В схеме, показанной ниже, какой ток показывает амперметр?

Решение : лампа представляет собой электронный компонент с высоким сопротивлением. На рисунке напряжение на нем такое же, как у батареи $ V = 20 \, {\ rm V} $. Проходящий через него ток связан с сопротивлением и падением напряжения согласно закону Ома \ begin {align *} I & = \ frac VR \\ & = \ frac {20} {8} \\ & = 1.25 \ quad {\ rm A} \ end {align *}
Нужно больше? Загрузите эти дополнительные вопросы для экзаменов здесь.

Пример (5): В цепи падение потенциала на резисторе 10 кОм составляет 100 В. Каков ток через резистор?
Решение : подставьте все известные числовые значения в уравнение Ома, $ V = IR $. \ begin {align *} I & = \ frac VR \\\\ & = \ frac {100 \, {\ rm V}} {10000 \, {\ rm \ Omega}} \\\\ & = 0.01 \ quad {\ rm A} \ end {align *}
Пример (6): в следующих схемах найдите неизвестные.
Решение : в каждой из схем используйте закон Ома $ V = IR $ и найдите неизвестное. В левой цепи ток через резистор запрашивается в миллиамперах. Таким образом, \ begin {align *} I & = \ frac VR \\\\ & = \ frac {120} {100} \\\\ & = 1.2 \ quad {\ rm A} \ end {align *} Чтобы преобразовать его в миллиамперы, умножьте его на 1000, чтобы получить $ I = 1200 \, {\ rm mA} $.{-3}} \\\\ & = 40 \ quad {\ rm \ Omega} \ end {align *}

Пример (7): Кривая напряжение-ток для омического проводника строится, как показано на рисунке ниже. Какое сопротивление резисторов 1 и 2?
Решение: Закон Ома говорит нам, что сопротивление — это наклон кривой зависимости напряжения от тока $ R = \ frac {\ Delta V} {I} $. Напомним, что наклон $ m $ прямой между двумя точками $ A (x_1, y_1) $ и $ B (x_2, y_2) $ определяется как \ [m = \ frac {\ Delta y} {\ Delta x} = \ frac {y_2-y_1} {x_2-x_1} \] Таким образом, наклон кривой напряжение-ток, который является сопротивлением, получается следующим образом:
Точки $ A (0,0) $ и $ B (2,20) $ находятся на линии (1): \ [R_1 = \ frac {20-0} {2-0} = 10 \ quad {\ rm \ Omega} \]
Точки $ A (0, 0) $ и $ B (4,10) $ находятся в строке (2): \ [R_2 = \ frac {10-0} {4-0} = 2.5 \ quad {\ rm \ Omega} \]

Пример (8): Поменяйте местами падение потенциала на проводнике и ток, проходящий через него в предыдущей задаче, чтобы получить вольт-амперную кривую. Теперь найдите сопротивление резисторов 1 и 2?
Решение: если мы изменим закон Ома как $ I = \ frac {1} {R} \ Delta V $, мы увидим, что наклон кривой вольт-амперной характеристики в этом случае дает обратное значение сопротивления . Следовательно, как и в предыдущей задаче, наклон
линии (1) равен \ [\ frac {1} {R_1} = \ frac {20-0} {2-0} = 10 \], что дает $ R_1 = 0.1 \, {\ rm \ Omega} $, а наклон линии (2) равен \ [\ frac {1} {R_2} = \ frac {10-0} {4-0} = 2,5 \], что дает $ R_2 = 0,4 \, {\ rm \ Omega} $.
Пример (9): Студент проводит эксперимент и измеряет ток и напряжение на двух неизвестных резисторах. Затем она строит свое открытие в координатах «ток-напряжение», как показано на рисунке. Что можно сказать о резисторах А и В?
Решение : омические материалы — это материалы, которые имеют постоянное сопротивление в широком диапазоне приложенных напряжений.Другими словами, в омическом проводнике отношение напряжения на нем к току через него, которое определяется как сопротивление, всегда является постоянным.
Таким образом, омические материалы имеют линейную зависимость тока от напряжения, и ее кривая проходит через начало координат. Напротив, материалы, имеющие сопротивление, которое изменяется при падении потенциала или токе, называются неомическими.
Кривая неомического материала не является линейной. Примерами неомических материалов, нарушающих закон Ома, являются диоды и транзисторы.
С этими пояснениями, поскольку кривая (A) линейна и проходит через начало координат, значит, это омический проводник, наклон которого дает обратное сопротивление. Как и в предыдущей задаче, его сопротивление рассчитывается как $ R_A = 5 \, {\ rm \ Omega} $.
Резистор (B) имеет нелинейную зависимость между напряжением на нем и током, поэтому это неомический проводник с переменным сопротивлением.
Закон Ома: практические проблемы с решением
Теперь мы хотим решить некоторые практические задачи, чтобы показать вам, как использовать закон Ома для решения проблем с электричеством.
Практическая задача (1): будильник потребляет ток 0,5 А при подключении к цепи 120 В. Найдите его сопротивление.
Решение : заданы ток $ I = 0,5 \, {\ rm A} $ и падение напряжения $ V = 120 \, {\ rm V} $. Решите закон Ома для неизвестного $ R $ как \ begin {align *} R & = \ frac VI \\ \\ & = \ frac {120} {0.5} \\ \\ & = 240 \ quad {\ rm \ Omega} \ конец {align *}

Практическая проблема (2): сабвуферу требуется домашнее напряжение 110 В, чтобы протолкнуть ток 5.5 А через катушку. Какое сопротивление сабвуфера?
Решение : Известны разность напряжений $ V = 110 \, {\ rm V} $ и ток $ I = 5.5 \, {\ rm A} $. Закон Ома связывает их следующим образом: \ begin {align *} R & = \ frac VI \\ \\ & = \ frac {110} {5.5} \\ \\ & = 20 \ quad {\ rm \ Omega} \ end {align *}
Проблема (3): Сколько тока потребляется от цепи с резистором на 1000 Ом при питании от батареи с напряжением 1,5 В.
Решение : сопротивление $ R = 1000 \, {\ rm \ Omega} $ и напряжение $ V = 1.5 \, {\ rm V} $ известны, поэтому у нас есть \ begin {align *} I & = \ frac VR \\\\ & = \ frac {1.5} {1000} \\\\ & = 1.5 \ quad { \ rm mA} \ end {align *}

Проблема (4): Электрический нагреватель имеет спиральный металлический провод, который потребляет ток 100 А. Сопротивление провода составляет 1,1 Ом. Рассчитайте напряжение, которое необходимо на нем установить.
Решение : Ток $ I = 100 \, {\ rm A} $ и сопротивление $ R = 1.1 \, {\ rm \ Omega} $ связаны как \ begin {align *} V & = IR \\ & = 100 \ раз 1.1 \\ & = 110 \ quad {\ rm V} \ end {align *}

Проблема (5): Максимальный ток, который проходит через лампочку с сопротивлением 5 Ом, составляет 10 А. Какое напряжение должно быть приложено к ее концам, прежде чем лампа сломается?
Решение : Максимальное напряжение можно найти с помощью закона Ома, как показано ниже \ begin {align *} V & = IR \\ & = 10 \ times 5 \\ & = 50 \ quad {\ rm V} \ end {align *} Если на цепь подать напряжение выше этого значения, лампа перегорит.

Проблема (6): В цепи мы заменяем предыдущую 1,5-вольтовую батарею новой 3-вольтовой. Что происходит с этой схемой?
Решение : Закон Ома говорит нам, что, когда большее напряжение устанавливается в цепи, более высокий ток будет течь через резисторы в цепи, такой как электрические нагреватели, лампочки и т. Д.
Более высокий ток может вызвать повреждение или выход из строя бытовой техники. Например, лампочка с сопротивлением $ R = 1.5 \, {\ rm \ Omega} $ потребляет ток $ I = \ frac {1.5} {1.5} = 1 \, {\ rm A} $ с батареей $ 1.5 $ вольт и током $ I = \ frac { 3} {1.5} = 2 \, {\ rm A} $ с заменой новым. В этих случаях лампочка, скорее всего, перегорит.

Проблема (7): В схеме удален резистор $ 10 \, {\ rm \ Omega} $ и заменен резистором $ 20 \, {\ rm \ Omega} $. Что происходит с током в цепи.
Решение : Поскольку ничего не сказано о падении напряжения в цепи, мы предполагаем, что оно постоянное, скажем, $ V = 120 \, {\ rm V} $.Следовательно, используя формулу закона Ома, $ I = \ frac VR $, ток $ I = \ frac {120} {10} = 12 \, {\ rm A} $ течет через $ 10 \, {\ rm \ Omega} $ резистор и $ I = \ frac {120} {20} = 6 \, {\ rm A} $ через резистор $ 20 \, {\ rm \ Omega} $.
Мы видим, что для того же напряжения удвоение сопротивлений приводит к уменьшению, точнее, к уменьшению вдвое токов.
В этой статье мы узнали, как решать проблемы, связанные с законом Ома, на многих решенных примерах.
Автор: Dr.Али Немати
Страница Создана: 12/6/2020
Последнее обновление: 19.01.2021
.
No related posts.

Разное

Закон ома для замкнутой цепи определение: Закон Ома для полной (замкнутой) цепи

Закон ома для замкнутой цепи определение: Закон Ома для полной (замкнутой) цепи

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи

Похожие материалы:

Добавить комментарий

разница с выражением для участка контура, определение, формула

Основные понятия

Сила и напряжение

Сопротивление проводников

Закон для участка цепи

Электродвижущая сила

Внешнее и внутреннее сопротивление

Полный закон

Закон Ома для полной цепи | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Закон ома для полной цепи лекция

Закон ома для полной цепи эссе

Реферат на тему -закон ома на полной цепи википедия

Закон ома при смешанном соединении

Закон ома для полных цепей физика

Как определяется работа сторонних сил?

Сформулируйте закон Ома для полной цепи.

Запишите формулу закона Ома для полной цепи.

Что такое ток короткого замыкания?

Как можно опре­делить ток короткого замыкания?

Как связаны между собой максимально возможное напряжение на полюсах источника и электродвижущая сила источника?

Закон Ома — это… Что такое Закон Ома?

Мнемоническая диаграмма для Закона

Закон Ома и ЛЭП

Закон Ома в дифференциальной форме

Закон Ома для переменного тока

Трактовка закона Ома

См. также

Примечания

Ссылки

Формула закона Ома в физике

Определение и формула закона Ома

Закон Ома для участка цепи

Закон Ома для замкнутой цепи

Формула закона Ома в дифференциальной форме

Законы Ома и Кирхгофа, теория и примеры

Закон Ома

Закон Кирхгофа

Первый закон Кирхгофа

Второй закон Кирхгофа

Примеры решения задач

формулировка простыми словами, формула для первого, второго и третьего

Закон Ома: кто придумал, определение

Формулировки и основные формулы

Объяснение закона Ома в классической теории

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи

Использование закона Ома при параллельном и последовательном соединении

Закон Ома для переменного и постоянного тока

Закон Ома для однородного и неоднородного участка цепи

Ома для замкнутой цепи, соотношение между ЭДС (VB) электрического элемента и напряжением на его полюсах

Ом — обзор

ОМА

Определение закона Ома в физике.

Примеры закона Ома в следующих темах:

Закон Ома

Измерения тока и напряжения в цепях

Резисторы в цепях переменного тока

в цепях переменного тока: емкостное сопротивление и фазовые диаграммы

Резисторы серии

Параллельные резисторы

RLC: на больших и малых частотах; Фазорная диаграмма

Различные типы токов

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

Введение и значение

9B: Электрический ток, ЭДС и закон Ома

Единиц сопротивления

Авторы и авторство

1. Электроны в движении — Практическая электроника: компоненты и методы [Книга]

Рисунок 1-4. Простая цепь постоянного тока

Три основных правила электротехники

Три основных правила электротехники

Ома с решениями для средней школы

Примеры закона Ома

Закон Ома: практические проблемы с решением

Похожие записи

Как правильно промывать нос при насморке: эффективные методы и растворы

Как можно определить ток короткого замыкания?