+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Закону Ома для полной цепи соответствует выражение …

Серебряный брусок массой 3 кг нагрели от 60°С и расплавили. На сколько при этом увеличилась внутренняя энергия бруска?

Виготовлений солдатик масою 20 г охолонув від 232°С до 32°С передавши навколишнім тілам 0,92кДж теплоты.З якого матеріала виготовлений солдатик?Народ … срочно дам 20 балов!!!!!!!!!!!!

Два екскурсійних автобуси зі школярами повинні були відправитись на екскурсію до Умані, але один із автобусів затримався із відправленням. Коли цей а … втобус виїхав у путь, перший автобус знаходився вже на відстані 20 км від Білої Церкви. За інтервал часу, протягом якого автобус, що запізнився, проїхав відрізок шляху у 20 км, перший автобус проїхав 16 км. Таким чином, на проходження кожного кілометра другий автобус витрачав на 12с менше, ніж пе, әший. На якій відстані від місця відправлення другий автобус зміг наздогнати перший? Чому дорівнювали швидкості автобусів? ​

ребят, прошу срочно ​

Скільки енергії витратили на нагрівання води масою 0,75кг від 20 до 100 і подальшого утворення пари массою250г відповідь у кДж ​

ОЧЕНЬ СРОЧНО!!! НЕ МОГУ ПОНЯТЬ, КАК РЕШИТЬ, А РАБОТУ УЖЕ НУЖНО СДАВАТЬ, ПОМОГИТЕ, УМОЛЯЮ И прошу, с объяснением, т. е. решение задачи с помощью сравне … ния двух формул, как обычно делают в школах прошу, помогите​

ОЧЕНЬ СРОЧНО!!! НЕ МОГУ ПОНЯТЬ, КАК РЕШИТЬ, А РАБОТУ УЖЕ НУЖНО СДАВАТЬ, ПОМОГИТЕ, УМОЛЯЮ И прошу, с объяснением, т. е. решение задачи с помощью сравне … ния двух формул, как обычно делают в школах прошу, помогите​

ОЧЕНЬ СРОЧНО!!! НЕ МОГУ ПОНЯТЬ, КАК РЕШИТЬ, А РАБОТУ УЖЕ НУЖНО СДАВАТЬ, ПОМОГИТЕ, УМОЛЯЮ И прошу, с объяснением, т. е. решение задачи с помощью сравне … ния двух формул, как обычно делают в школах прошу, помогите​

показника заломлення. чною густиною середовища? 6. Дайте Вид- Вправа № 12 1. Перенесіть рис. 1 до зошита. Вважаючи, що середовище 1 має більшу оптичну … густину, ніж середовище 2, для кожного випадку схематично по- будуйте падаючий (або заломлений) промінь, позначте кут падіння та кут заломлення. СРОЧНО!!Даю 20.

помогите пожалуйста с Физикой​

ЭДС. Закон Ома для полной цепи.

Если свободные заряды перемещаются в электрической цепи по замкнутой траектории, то такую цепь называют полной или замкнутой.

При этом на каждом из участков такой цепи работа электростатических сил переходит в тепловую, механическую или энергию химических связей. Так как работа электростатических сил, перемещающих заряд по замкнутой траектории, всегда равна нулю, то только силы электростатического поля не могут обеспечить постоянное движение зарядов по замкнутой траектории.

Чтобы электрический ток в замкнутой цепи не прекращался, необходимо включить в неё источник тока (см. рис. а), внутри которого перемещение свободных зарядов происходило бы не под действием электростатических сил, а при участии любых других сил, называемых сторонними. Сторонние силы — силы неэлектростатического происхождения, действующих на заряды со стороны источника тока.

Природа сторонних сил может быть различной (кроме неподвижных зарядов):

1) химические реакции – в гальванических элементах (батарейках), аккумуляторах (сторонние силы возникают в результате химических реакций между электродами и жидким электролитом),

2) электромагнитной – в генераторах. При этом генераторы могут использовать а) механическую энергию – ГЭС, б) ядерную – АЭС, в) тепловую – ТЭС, г) приливов и отливов – ПЭС, д) ветровую – ВЭС и т.д. (силы, действующие на свободные заряды, перемещающиеся в магнитном поле).

3) использование фотоэффекта – фото-ЭДС в калькуляторах и солнечных батареях (в фотоэлементах сторонние силы возникают при действии света на электроны атомов, входящих в состав некоторых веществ),

4) пьезоэффект – пьезо-ЭДС, например, в пьезозажигалках,

5) контактная разность потенциалов – термо-ЭДС в термопарах и т.д.

Например, в цепи на рис. а, свободные заряды, перемещаются от тела А к телу Б под действием электростатических сил, а сторонние силы источника питания заставляют их возвращаться обратно – от Б к А.

Сторонние силы в источнике тока разделяют разноимённые электрические заряды друг от друга, совершая работу против электростатических (кулоновских сил). Контакт (полюс) источника тока, где в результате действия сторонних сил накапливается положительный заряд, называют положительным, а противоположно заряженный полюс – отрицательным, обозначая их так, как изображено на рис.

б. Очевидно, что чем больший заряд накопится на полюсе источника тока, тем больше работы совершили сторонние силы по разделению зарядов, т.к. работа против кулоновских сил прямо пропорциональна величине заряда. Поэтому  отношение работы, Аст, сторонних сил, перемещающих заряд q внутри источника тока от отрицательного полюса к положительному, не зависит от величины заряда и служит характеристикой источника тока, называемой
электродвижущей силой
(ЭДС) источника,

.

 

Как и разность потенциалов, ЭДС в СИ измеряют в вольтах.

Сопротивление источника тока или внутреннее сопротивление тоже является его важной характеристикой. Внутренним сопротивлением гальванического элемента, например, является сопротивление электродов и электролита, находящегося между ними. Внешним участком замкнутой цепи называют её участок, подсоединённый снаружи к источнику тока (см. рис. а).

Чтобы определить, как зависит сила тока от ЭДС источника в цепи, изображённой на рис.

а, нарисуем эквивалентную схему (см. рис. в), где R соответствует сопротивлению проводника между А и Б, (внешняя цепь), а r – внутреннему сопротивлению источника тока. Согласно закону Джоуля-Ленца работа  Аполн тока, протекающего по замкнутой цепи, за интервал времени t равна: Аполн = I2.R.t + I2.r.t .  Из закона сохранения энергии следует, что работа тока должна быть равна работе сторонних сил Астор = Ɛ.q = Ɛ.It . Приравняв Аполн
и Астор, получаем следующее выражение для 

которое называют законом Ома для полной цепи.

1) Напряжение на зажимах источника, а соответственно и во внешней цепи

где величина Irпадение напряжения внутри источника тока.

2) Если внешнее сопротивление замкнутой цепи равно нулю, то такой режим источника тока называется коротким замыканием.

3) Для полной цепи закон Джоуля-Ленца

Легко показать, что, если полная цепь содержит несколько последовательно соединённых источников тока, то для вычисления силы тока следует вместо Ɛ взять алгебраическую сумму ЭДС всех этих источников, выбрав какое-нибудь направление обхода цепи, например, по часовой стрелке (рис.

г). Если при таком обходе мы идём от положительного полюса источника тока к отрицательному, то ЭДС данного источника следует суммировать со знаком минус.  

  Более подробную информацию смотри ЗДЕСЬ.

Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи

На прошлых уроках мы с вами говорили о том, что для возникновения электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц, способных перемещаться по проводнику под действием сил электрического поля. Также мы с вами узнали, что движение свободных заряженных частиц в проводнике под действием сил электрического поля приводит к появлению индуцированных зарядов.

Эти заряды создают электрическое поле внутри проводника, которое полностью компенсирует внешнее электрическое поле, поэтому движение свободных заряженных частиц в проводнике быстро прекращается.

Для поддержания в проводнике постоянного электрического тока необходимо, чтобы проводник являлся частью замкнутой цепи, содержащей источник тока, в котором осуществляется работа по перемещению зарядов против сил электрического поля. Источники тока могут быть различны по своей конструкции, но в любом из них совершается работа

по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц.

В результате разделения зарядов происходит их накопление на полюсах источника и возникновение вследствие этого на полюсах разности потенциалов. Возникшее при этом электрическое поле внутри источника тока противодействует разделению зарядов. Если цепь разомкнуть, то при достижении на полюсах источника определённой разности потенциалов разделение зарядов прекращается. Вместе с этим прекращается и работа источника тока. Соединяя полюсы источника тока проводником, который будет представлять собой

внешний участок цепи, мы создадим в нём электрическое поле, которое будет действовать на электрические заряды проводника.

Электрические заряды во внешней цепи (например, электроны в металле) придут в движение, что и обусловит ток. Избыточные заряды отрицательного полюса источника начнут стекать во внешний участок цепи, на положительном же полюсе будет происходить нейтрализация его положительного заряда. Таким образом, на обоих полюсах источника тока избыточный заряд уменьшится. Это приведёт к тому, что в источнике снова начнёт происходить, разделение зарядов и оно будет продолжаться всё время, пока цепь остаётся замкнутой. Во внешнем участке цепи́ будет совершаться работа силами электрического поля. Внутри источника тока работа будет совершаться силами неэлектростатической природы, развиваемыми источником тока. Эти силы принято называть сторонними силами.

Величина, измеряемая отношением работы, совершаемой сторонними силами при перемещении заряда по замкнутой цепи, к абсолютной величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника тока (сокращённо ЭДС).

Обозначают её греческой буквой ξ, а измеряют, как и напряжение, в вольтах (В).

Несмотря на то, что ЭДС источника при разомкнутой цепи равна разности потенциалов на клеммах источника, работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории перемещения зарядов.

Вам уже известно, что всякая полная цепь электрического тока состоит из двух частей: внешней и внутренней. Внешнюю часть цепи составляют различные потребители и подводящие провода. Во внутреннюю же часть цепи входит источник тока, обладающий сопротивлением (это сопротивление принято называть внутренним).

Когда цепь замкнута, то электрический ток существует как во внешней, так и во внутренней части цепи. Так как источник тока также обладает сопротивлением, то падение напряжения имеет место как во внешней, так и во внутренней части цепи.

Включим в цепь какого-нибудь источника тока сопротивление и определим на опыте сумму падений напряжения во внешней и внутренней частях цепи. В представленной установке во внешнюю цепь включён амперметр и реостат. Падение напряжения во внешней части цепи измеряется вольтметром, который подключён к зажимам элемента, а второй вольтметр измеряет падение напряжения на внутреннем сопротивлении элемента. Реостатом можно менять ток в цепи; при этом будут меняться показания вольтметров.

Итак, из результатов эксперимента видно, что сумма падений напряжений во внешней и внутренней частях цепи в пределах погрешностей опыта есть величина постоянная, в среднем равная 1,02 В)

Если измерить напряжение на зажимах элемента при разомкнутой внешней цепи, то оно также окажется равным 1,02 В. Таким образом, опыт показывает, что сумма падений напряжений на всех участках замкнутой цепи равна напряжению на полюсах источника тока при разомкнутой внешней цепи.

Но, как мы с вами уже знаем, напряжение или разность потенциалов на полюсах источника тока при разомкнутой внешней цепи равно ЭДС источника тока. Следовательно, электродвижущая сила источника тока равна сумме падений напряжений на всех участках замкнутой электрической цепи.

Обозначим сопротивление внешней части цепи через R, а внутренней — через r. Пусть ток в цепи равен I, а ЭДС источника — ξ. Тогда по определению ЭДС (и на основании результатов наших опытов) мы можем записать такое выражение:

Выразив из записанного равенства значение силы тока, получим математическое выражение закона Ома для полной цепи, который формулируется следующим образом: сила тока в полной электрической цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи:

Но вернёмся к нашей предыдущей формуле. Итак, мы с вами знаем, что в случае однородного участка цепи произведение силы тока на сопротивление этого участка есть падение напряжения:

Тогда мы можем записать, что падение напряжения на внешнем участке равно разности ЭДС источника тока и произведения силы тока и внутреннего сопротивления источника:

Теперь подставим в это уравнение выражение для силы тока из закона Ома для полной цепи:

Анализ полученной нами формулы позволяет сделать два очень важных вывода. Во-первых, при разомкнутой цепи (когда внешнее сопротивление стремиться к бесконечности) напряжение на полюсах источника тока равно ЭДС источника тока: U = ξ.

На этом и основана возможность приблизительного измерения ЭДС источника тока с помощью вольтметра.

А во-вторых, если сопротивление внешнего участка цепи стремится к нулю, то сила тока в цепи возрастает и достигает максимального значения. Падение напряжения на источнике тока при этом равно ЭДС, а напряжение между его полюсами — нулю. Такой режим работы источника тока называют коротким замыканием, а максимальную для данного источника силу тока называют силой тока короткого замыкания:

Режим короткого замыкания чрезвычайно опасен, поскольку может привести к повреждению источника тока и даже быть причиной пожара.

Для определения знака ЭДС любого источника необходимо вначале условиться относительно выбора положительного направления обхода контура. Сразу скажем, что выбор этот делается абсолютно произвольно. После этого считают, что если данный источник вызывает ток в направлении обхода, то его ЭДС считается положительной. В противном же случае — отрицательной.

При этом, если в электрической цепи содержится несколько источников тока, то алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков равна алгебраической сумме ЭДС, имеющихся в контуре:

Данное утверждение называется вторым правилом Кирхгофа.

Для закрепления нового материала решим такую задачу. В проводнике сопротивлением 2 Ом, подключённом к источнику тока с ЭДС, равной 1,1 В, сила тока равна 0,5 А. Определите силу тока короткого замыкания.

Изучение закона ома для полной цепи вывод. Лабораторная работа

Цель работы:

Углубление знаний о законе Ома для участков цепи и о законе Ома для полной цепи. Применения правил Кирхгофа для расчета цепей постоянного тока.

Оборудование : учебно-лабораторный стенд «Законы постоянного тока», мультиметр, три-четыре резистора с известными сопротивлениями, два гальванических элемента разных типов, соединительные провода.

Введение

Постановка задачи о расчете цепи постоянного тока: «Зная величины действующих в цепи э.д.с., внутренние сопротивления источников тока и сопротивления всех элементов цепи, рассчитать силы токов на каждом участке цепи и падение напряжения на каждом элементе».

При решении этой задачи используются:

закон Ома для участка цепи

I – сила тока, U – напряжение на участке цепи, R – сопротивление участка;

закон Ома для полной цепи

I – сила тока, e э.д.с. источника тока, R – сопротивление внешней цепи, r – внутреннее сопротивление источника тока.

Непосредственный расчет разветвленных цепей, содержащих несколько замкнутых контуров и несколько источников тока, производится с помощью двух правил Кихгофа.

Любая точка в разветвленной цепи, в которой сходится не менее трех проводников с током, называется узлом . При этом ток, входящий в узел, считается положительным, а ток, выходящий из узла, — отрицательным.

Первое правило Кирхгофа : алгебраическая сила токов, сходящихся в узле, равна нулю:

Второе правило Кирхгофа : в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме э. д.с., встречающихся в контуре:

(4)

Описание стенда «Законы постоянного тока»

В работе используется стенд, состоящий из двух источников тока (гальванических элементов), набора из четырёх резисторов с известными сопротивлениями, мультиметра и набора соединительных проводов.

1. При сборке электрических цепей необходимо обеспечить хороший контакт в каждом соединении.

2. Соединительные провода закручиваются под клеммы по часовой стрелке .

3. При измерении сил токов и напряжений щупы мультиметра должны быть плотно прижаты к клеммам.

4. Измерения производятся при кратковременном замыкании цепи кнопкой.

5. Не следует длительное время оставлять цепь в собранном состоянии.

Прежде всего, изучите правила измерений с помощью универсального электроизмерительного прибора – мультиметра.

Измерение, обработка и представление результатов измерений

Задание 1.

Э.д.с. источника тока можно с достаточно большой степенью точности измерить непосредственно с помощью вольтметра. Но при этом следует иметь в виду, что при этом измеряемое напряжение меньше истинного значения э.д.с. на величину падения напряжения на самом источнике тока.

, (5)

где U – показания вольтметра.

Разница между истинным значением э.д.с. и измеренным напряжением при этом равна:

. (6)

При этом относительная погрешность измерения э.д.с. равна:

(7)

Обычно сопротивление источника тока (гальванического элемента) равно несколько Ом (например, 1Ом ). Если даже сопротивление вольтметра мало (например, 100 Ом ), то и в этом случае погрешность прямого измерения э.д.с. составляет всего » 1%. Хороший вольтметр, в том числе используемый в мультиметре, имеет сопротивление порядка 10 6 Ом . Ясно, что при использовании такого вольтметра можно считать, что показание вольтметра практически равно измеряемой э.д.с источника тока.

1. Подготовьте мультиметр к измерению постоянного напряжения до 2 В .

2. Не вынимая гальванические элементы из креплений, измерьте и запишите их э.д.с. с точностью до сотых долей вольта.

3. Э.д.с. величина всегда положительная. Соблюдайте полярность при подключении мультиметра к источникам тока. Красный щуп мультиметра присоединяется к «+» источника тока.

Задание 2.

Внутреннее сопротивление источника тока можно вычислить с помощью закона Ома:

1. Подготовьте мультиметр для измерения силы постоянного тока до 10(20) А .

2. Составьте электрическую цепь из последовательно соединенного источника тока, резистора (одного из набора) и амперметра.

3. Измерьте силу тока в цепи.

4. Рассчитайте и запишите величину внутреннего сопротивления источника.

5. Аналогичные измерения проделайте для другого элемента.

Задание 3. Расчёт электрической цепи постоянного тока

1. Соберите электрическую цепь по схеме, предложенной преподавателем (схемы 1-7).

2. Зачертите схему в отчет по работе и укажите номиналы выбранных резисторов.

3. С помощью правил Кирхгофа рассчитайте силы токов во всех ветвях цепи. Вычислите падения напряжений на каждом резисторе.

4. С помощью мультимета измерьте силу тока в доступном для измерения месте. Измерьте падение напряжения на каждом резисторе.

5. В выводе сравните измеренные и расчетные значения и укажите причины возможных расхождений.

Задание 4. Соединение источников тока в батареи

1. Источники тока могут соединятся в батареи двумя основными способами: параллельно и последовательно. Если источники соединяются последовательно, то их э.д.с. и внутренние сопротивления складываются:

При параллельном соединении одинаковых источников тока общая э.д.с. батареи равна э.д.с. одного источника, а внутреннее сопротивление батареи в n раз меньше внутреннего сопротивления одного источника тока:

(10)

Соберите цепи по схемам 8, 9, в которых реализуются обе схемы соединения. Рассчитайте и измерьте силу тока в цепи при этих соединениях. В выводе сравните расчетные и измеренные значения.

Отчет по лабораторной работе № 3

Изучение применения закона Ома для расчета цепей постоянного тока

выполненной учащимся школы «Поиск»

…………………………………………………………………………………

«…….»………….. 200….

Задание 1. Определение э.д.с. источников тока

Первый источник тока e 1 = ……… В

Второй источник тока e 2 = ……… В

Задание 2. Измерение внутреннего сопротивления источников тока

Первый источник тока

R = ……… Ом, I = ……… А, r 1 = ……… Ом

Второй источник тока

R = ……… Ом, I = ……… А, r 2 = ……… Ом

Таблица 1

Вывод: ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

При проектировании и ремонте схем различного назначения обязательно учитывается закон Ома для полной цепи. Поэтому тем, кто собирается этим заниматься, для лучшего понимания процессов этот закон надо знать. Законы Ома разделяют на две категории:

  • для отдельного участка электрической цепи;
  • для полной замкнутой цепи.

В обоих случаях учитывается внутреннее сопротивление в структуре источника питания. В вычислительных расчетах используют закон Ома для замкнутой цепи и другие определения.

Простейшая схема с источником ЭДС

Чтобы понять закон Ома для полной цепи, для наглядности изучения рассматривается самая простая схема с минимальным количеством элементов, ЭДС и активной резистивной нагрузки. Можно прибавить в комплект соединительные провода. Для питания идеально подходит автомобильный аккумулятор 12В, он рассматривается как источник ЭДС со своим сопротивлением в элементах конструкции.

Роль нагрузки играет обычная лампа накаливания с вольфрамовой спиралью, которая имеет сопротивление в несколько десятков Ом. Данная нагрузка преобразует электрическую энергию в тепловую. Всего несколько процентов расходуются на излучение потока света. При расчете таких схем применяют закон Ома для замкнутой цепи.

Принцип пропорциональности

Экспериментальными исследованиями в процессе измерений величин при разных значениях параметров полной цепи:

  • Силы тока – I А;
  • Суммы сопротивлений батареи и нагрузки – R+r измеряют в омах;
  • ЭДС – источник тока, обозначают как Е. измеряется в вольтах

было замечено, что сила тока имеет прямо пропорциональную зависимость относительно ЭДС и обратную пропорциональную зависимость относительно суммы сопротивлений, которые замыкаются последовательно в контуре цепи. Алгебраически это сформулируем следующим образом:

Рассматриваемый пример схемы с замкнутым контуром цепи – с одним источником питания и одним внешним элементом сопротивления нагрузки в виде лампы со спиралью накаливания. При расчете сложных схем с несколькими контурами и множеством элементов нагрузки применяют закон Ома для всей цепи и другие правила. В частности надо знать законы Киргофа, понимать, что такое двухполюсники, четырехполюсники, отводящие узлы и отдельные ветви. Это требует детального рассмотрения в отдельной статье, раньше этот курс ТЭРЦ (теория электро- радиотехнических цепей) в институтах учили не менее двух лет. Поэтому ограничиваемся простым определением только для полной электрической цепи.

Особенности сопротивлений в источниках питания

Важно! Если сопротивление спирали на лампе мы видим на схеме и в реальной конструкции, то внутреннего сопротивления в конструкции гальванической батарейки, или аккумулятора, не видно. В реальной жизни, даже если разобрать аккумулятор, найти сопротивление невозможно, оно не существует как отдельная деталь, иногда его отображают на схемах.

Внутреннее сопротивление создается на молекулярном уровне. Токопроводящие материалы аккумулятора или другого источника питания генератора с выпрямителем тока не обладают 100% проводимостью. Всегда присутствуют элементы с частицами диэлектрика или металлов другой проводимости, это создает потери тока и напряжения в батарее. На аккумуляторах и батарейках нагляднее всего отображается влияние сопротивления элементов конструкции на величину напряжения и тока на выходе. Способность источника выдавать максимальный ток определяет чистота состава токопроводящих элементов и электролита. Чем чище материалы, тем меньше значение r, источник ЭДС выдает больший ток. И, наоборот, при наличии примесей ток меньше, r увеличивается.

В нашем примере аккумулятор имеет ЭДС 12В, к нему подключается лампочка, способная потреблять мощность 21 Вт, в этом режиме спираль лампы раскаляется до максимально допустимого накала. Формулировка проходящего через нее тока записывается как:

I = P\U = 21 Вт / 12В = 1,75 А.

При этом спираль лампы горит в половину накала, выясним причину этого явления. Для расчетов сопротивления общей нагрузки (R + r ) применяют законы Ома для отдельных участков цепей и принципы пропорциональности:

(R + r) = 12\ 1,75 = 6,85 Ом.

Возникает вопрос, как выделить из суммы сопротивлений величину r. Допускается вариант – измерить мультиметром сопротивление спирали лампы, отнять его от общего и получить значение r – ЭДС. Этот способ будет не точен – при нагревании спирали сопротивление значительно изменяет свою величину. Очевидно, что лампа не потребляет заявленной в ее характеристиках мощности. Ясно, что напряжение и ток для накаливания спирали малы. Для выяснения причины измерим падение напряжения на аккумуляторе при подключенной нагрузке, к примеру, оно будет 8 Вольт. Предположим, что сопротивление спирали рассчитывается с использованием принципов пропорциональности:

U/ I = 12В/1,75А = 6,85 Ом.

При падении напряжения сопротивление лампы остается постоянным, в этом случае:

  • I = U/R = 8В/6,85 Ом = 1,16 А при требуемом 1.75А;
  • Потери по току = (1,75 -1.16) = 0,59А;
  • По напряжению = 12В – 8В = 4В.

Потребляемая мощность будет Р = UxI = 8В х 1.16А = 9,28 Вт вместо положенных 21 Вт. Выясняем, куда уходит энергия. За пределы замкнутого контура не может, остаются только провода и конструкция источника ЭДС.

Сопротивление ЭДС – r можно вычислить, используя потерянные величины напряжения и тока:

r = 4В/0.59А = 6,7 Ом.

Получается внутреннее сопротивление источника питания «сжирает» половину выделяемой энергии на себя, и это, конечно, не нормально.

Такое бывает в старых отработавших свой срок или бракованных аккумуляторах. Сейчас производители стараются следить за качеством и чистотой применяемых токоведущих материалов, чтобы снизить потери. Для того чтобы в нагрузку отдавалась максимальная мощность, технологии изготовления источников ЭДС контролируют, чтобы величина не превышала 0,25 Ом.

Зная закон Ома для замкнутой цепи, используя постулаты пропорциональности, можно легко вычислить необходимые параметры для электрических цепей для определения неисправных элементов или проектирования новых схем различного назначения.

Видео

Закон Ома для полной цепи – эмпирический (полученный из эксперимента) закон, который устанавливает связь между силой тока, электродвижущей силой (ЭДС) и внешним и внутренним сопротивлением в цепи.

При проведении реальных исследований электрических характеристик цепей с постоянным током необходимо учитывать сопротивление самого источника тока. Таким образом в физике осуществляется переход от идеального источника тока к реальному источнику тока, у которого есть свое сопротивление (см. рис. 1).

Рис. 1. Изображение идеального и реального источников тока

Рассмотрение источника тока с собственным сопротивлением обязывает использовать закон Ома для полной цепи.

Сформулируем закона Ома для полной цепи так (см. рис. 2): сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи, где под полным сопротивлением понимается сумма внешних и внутренних сопротивлений.

Рис. 2. Схема закона Ома для полной цепи.


  • R – внешнее сопротивление [Ом];
  • r – сопротивление источника ЭДС (внутреннее) [Ом];
  • I – сила тока [А];
  • ε– ЭДС источника тока [В].

Рассмотрим некоторые задачи на данную тему. Задачи на закон Ома для полной цепи, как правило, дают ученикам 10 класса, чтобы они могли лучше усвоить указанную тему.

I. Определите силу тока в цепи с лампочкой, сопротивлением 2,4 Ом и источником тока, ЭДС которого равно 10 В, а внутреннее сопротивление 0,1 Ом.

По определению закона Ома для полной цепи, сила тока равна:

II. Определить внутреннее сопротивление источника тока с ЭДС 52 В. Если известно, что при подключении этого источника тока к цепи с сопротивлением 10 Ом амперметр показывает значение 5 А.

Запишем закон Ома для полной цепи и выразим из него внутреннее сопротивление:

III. Однажды школьник спросил у учителя по физике: «Почему батарейка садится?» Как грамотно ответить на данный вопрос?

Мы уже знаем, что реальный источник обладает собственным сопротивлением, которое обусловлено либо сопротивлением растворов электролитов для гальванических элементов и аккумуляторов, либо сопротивлением проводников для генераторов. Согласно закону Ома для полной цепи:

следовательно, ток в цепи может уменьшаться либо из-за уменьшения ЭДС, либо из-за повышения внутреннего сопротивления. Значение ЭДС у аккумулятора почти постоянный. Следовательно, ток в цепи понижается за счет повышения внутреннего сопротивления. Итак, «батарейка» садится, так как её внутреннее сопротивление увеличивается.

Тема: «Изучение закона Ома для участка цепи»

Цель работы : установить на опыте зависимость силы тока от напряжения и сопротивления.

Оборудование : амперметр лабораторный, вольтметр лабораторный, источник питания, набор из трёх резисторов сопротивлениями 1 Ом, 2 Ом, 4 Ом, реостат, ключ замыкания тока, соединительные провода.

Ход работы.

Краткие теоритические сведения

Электрический ток — упорядоченное движение заряженных частиц

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I

Сила тока — скалярная физическая величина, равная отношению заряда q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени t, к этому интервалу времени:

В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах [А] .

Прибор для измерения силы тока Амперметр. Включается в цепь последовательно

Напряжение – это физическая величина, характеризующая действие электрического поля на заряженные частицы, численно равно работе электрического поля по перемещению заряда из точки с потенциалом φ 1 в точку с потенциалом φ 2

U 12 = φ 1 – φ 2

U – напряжение

A работа тока

q электрический заряд

Единица напряжения – Вольт [В]

Прибор для измерения напряжения – Вольтметр. Подключается в цепь параллельно тому участку цепи, на котором измеряется разность потенциалов.

На схемах электрических цепей амперметр обозначается .

Величина, характеризующая противодействие электрическому току в проводнике, которое обусловлено внутренним строением проводника и хаотическим движением его частиц, называется электрическим сопротивлением проводника.

Электрическое сопротивление проводника зависит от размеров и формы проводника и от материала , из которого изготовлен проводник .

S – площадь поперечного сечения проводника

l длина проводника

ρ – удельное сопротивление проводника

В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит ом [Ом].

Графическая зависимость силы тока I от напряжения U вольт-амперная характеристика

Закон Ома для однородного участка цепи : сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Назван в честь его первооткрывателя Георга Ома .

Практическая часть

1. Для выполнения работы соберите электрическую цепь из источника тока, амперметра, реостата, проволочного резистора сопротивлением 2 Ом и ключа. Параллельно проволочному резистору присоедините вольтметр (см. схему).

2. Опыт 1.

Таблица 1 . Сопротивление участка 2 Ом

3.

4. Опыт 2 .

Таблица 2.

5.

6. Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Что такое электрический ток?

2. Дайте определение силы тока. Как обозначается? По какой формуле находится?

3. Какова единица измерения силы тока?

4. Каким прибором измеряется сила тока? Как он включается в электрическую цепь?

5. Дайте определение напряжения. Как обозначается? По какой формуле находится?

6. Какова единица измерения напряжения?

7. Каким прибором измеряется напряжение? Как он включается в электрическую цепь?

8. Дайте определение сопротивления. Как обозначается? По какой формуле находится?

9. Какова единица измерения сопротивления?

10. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

Вариант выполнения измерений.

Опыт 1. Исследование зависимости силы тока от напряжения на данном участке цепи . Включите ток. При помощи реостата доведите напряжение на зажимах проволочного резистора до 1 В, затем до 2 В и до 3 В. Каждый раз при этом измеряйте силу тока и результаты записывайте в табл. 1.

Таблица 1 . Сопротивление участка 2 Ом

По данным опытов постройте график зависимости силы тока от напряжения. Сделайте вывод.

Опыт 2. Исследование зависимости силы тока от сопротивления участка цепи при постоянном напряжении на его концах . Включите в цепь по той же схеме проволочный резистор сначала сопротивлением 1 Ом, затем 2 Ом и 4 Ом. При помощи реостата устанавливайте на концах участка каждый раз одно и то же напряжение, например, 2 В. Измеряйте при этом силу тока, результаты записывайте в табл 2.

Таблица 2. Постоянное напряжение на участке 2 В

По данным опытов постройте график зависимости силы тока от сопротивления. Сделайте вывод.

Презентация: «Лабораторная работа: «Изучение закона Ома для участка цепи» .

{edocs}fizpr/lr7f.pptx,800,600{/edocs}

Лабораторная работа №10. «Изучение закона Ома для полной цепи – 3 способ». Цель работы: изучить закон Ома для полной цепи. Задачи работы:  определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника постоянного тока по его вольтамперной характеристике;  исследование графической зависимости мощности, выделяющейся во внешней цепи от величины силы электрического тока P  f I  . Оборудование: источник постоянного тока, амперметр, вольтметр, соединительные провода, ключ, реостат. Теория и метод выполнения работы: Закон I  Rr Ома для полной цепи I  Rr . Преобразуем    I  R  r   I  R  I  r  U  I  r    U  I  r  U    I  r . выражение Следовательно, зависимость напряжения на выходе источника постоянного тока от величины силы тока (вольтамперная характеристика) имеет вид (см. рис. 1): рис. 1 Анализ вольт-амперной характеристики источника постоянного тока: 1) для т. C: I=0, тогда U    0  r   2) для т.D: U=0, тогда 0    I  r    I  r  I  3) tg  U   r I I к.з   I к.з r Выражение для мощности, выделяющейся во внешней электрической цепи имеет вид P  I  U  I    I  r   I    I 2  r . Поэтому графическая зависимость P  f I  представляет собой параболу, ветви которой направлены вниз (см. рис. 2). рис. 2 Анализ графической зависимости P  f I  (см. рис. 3): рис. 3 1) для т.B: P=0, тогда 0  I   I 2  r  0    I  r  I   r  I к. з. , т.е. абсцисса т.B соответствует току короткого замыкания; 2) т.к. парабола является симметричной, то абсцисса т.А составляет половину тока короткого замыкания I  3) т.к. в т.А I  I к. з.   , а ордината – соответствует максимальному значению мощности; 2 2r  Rr и I  2r , то после преобразований получаем R=r – условие, при котором мощность выделяющаяся во внешней цепи с источником постоянного тока принимает максимальное значение; 2     r  4) максимальное значение мощности P  I 2  R   .  4r 2r 2 Ход работы: 1. Подключить вольтметр к клеммам источника постоянного тока (см. рис. 4). Напряжение, показанное вольтметром принять за величину ЭДС источника постоянного тока и считать как эталонное для данной лабораторной работы. Результат записать в виде: (U±U) В. Абсолютную погрешность принять равной цене деления вольтметра. рис. 4 2. Собрать экспериментальную установку по схеме, приведённой на рисунке 5: рис. 5 3. Провести серию из 5-10 экспериментов, при плавном перемещении ползунка реостата, результаты измерений заносить в таблицу: Сила тока Напряжение I U А В 4. По полученным экспериментальным данным построить вольт-амперную характеристику источника постоянного тока. 5. Определить возможное значение ЭДС источника постоянного тока и тока короткого замыкания. 6. Применить методику графической обработки экспериментальных данных и вычислений для расчёта внутреннего сопротивления источника постоянного тока. 7. Результаты вычислений представить в виде:  ЭДС источника постоянного тока: (ср±ср) В;  внутреннее сопротивление источника постоянного тока: r=(rср±rср) Ом. 8. Построить графическую зависимость U  f I  в Microsoft Excel, используя мастер диаграмм с добавлением линии тренда и указанием уравнения прямой. По основным параметрам уравнения определить возможное значение ЭДС источника постоянного тока, тока короткого замыкания и внутреннее сопротивление. 9. На числовых осях указать интервал значений ЭДС, внутреннего сопротивления источника постоянного тока и тока короткого замыкания, полученных различными методами определения. 10. Исследовать мощность, выделяющуюся во внешней цепи от величины силы электрического тока. Для этого заполнить таблицу и построить графическую зависимость P  f I  : Сила тока Мощность I P А Вт 11. По построенному графику определить максимальное значение мощности, ток короткого замыкания, внутреннее сопротивление источника тока и ЭДС. 12. Возможен вариант построения графической зависимости P  f I  в Microsoft Excel, используя мастер диаграмм с добавлением полиномиальной линии тренда со степенью 2, пересечением кривой с осью OY (P) в начале координат и указанием уравнения на диаграмме. По основным параметрам уравнения определить максимальное значение мощности, ток короткого замыкания, внутреннее сопротивление источника тока и ЭДС. 13. Сформулировать общий вывод по работе.

Основные электрические законы. Применение закона ома на практике

Закон Ома
Немецкий физик Георг Ом (1787 -1854) экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику (т. е. проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорционально напряжению U на концах проводника:

I = U/R, (1)


где R — .
Уравнение (1) выражает закон Ома для участка цепи (не содержащего источника тока): сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорционально сопротивлению проводника.
Участок цепи, в котором не действуют э.д.с. (сторонние силы) называют однородным участком цепи, поэтому эта формулировка закона Ома справедлива для однородного участка цепи.
Подробнее смотрите здесь:
Теперь рассмотрим неоднородный участок цепи, где действующую э. д.с. на участке 1 — 2 обозначим через Ε12, а приложенную на концах участка — через φ1 — φ2.
Если ток проходит по неподвижным проводникам, образующим участок 1-2, то работа A12 всех сил (сторонних и электростатических), совершаемая над носителями тока, по равна теплоте, выделяющейся на участке. Работа сил, совершаемая при перемещении заряда Q0 на участке 1- 2:

A12 = Q0E12 + Q0(φ1 — φ2) (2)

Э.д.с. E12, как и I, — величина скалярная. Её необходимо брать либо с положительным, либо с отрицательным знаком в зависимости от знака работы, совершаемой сторонними силами. Если е.д.с. способствует движению положительных зарядов в выбранном направлении (в направлении 1-2), то E12 > 0. Если э.д.с. препятствует движению положительных зарядов в данном направлении, то E12 За время t в проводнике выделяется теплота:

Q =I 2 Rt = IR(It) = IRQ0 (3)

Из формул (2) и (3) получим:

IR = (φ1 — φ2) + E12 (4)

Откуда

I = (φ1 — φ2 + E12) / R (5)

Выражение (4) или (5) представляет собой закон Ома для неоднородного участка цепи в интегральной форме, который является обобщённым законом Ома.
Если на данном участке цепи источник тока отсутствует (E12 = 0), то из (5) приходим к закону Ома для однородного участка цепи

I = (φ1 — φ2)/R = U / R

Если же замкнута, то выбранные точки 1 и 2 совпадают, φ1 = φ2; тогда из (5) получаем закон Ома для замкнутой цепи:

I = E / R,


где E — э.д.с., действующая в цепи, R — суммарное сопротивление всей цепи. В общем случае R = r + R1, где r — внутреннее сопротивление источника тока, R1 — сопротивление внешней цепи. Поэтому закон Ома для замкнутой цепи будет иметь вид:

I = E / (r+R1).

Если цепь разомкнута, в ней ток отсутствует (I = 0), то из закона Ома (4) получим, что (φ1 — φ2) = E12 , т.е. э.д.с., действующая в разомкнутой цепи, равна разности потенциалов на её концах. Следовательно, для того чтобы найти э.д.с. источника тока, надо измерить разность потенциалов на его клеммах при разомкнутой цепи.
Примеры расчетов по закону Ома:

Закон Ома для участка цепи: сила тока I на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению U на концах участка и обратно пропорциональна его сопротивлению R.

Формула закона: I =. Отсюда запишем формулыU = IR и R = .

Рис.1. Участок цепи Рис.2. Полная цепь

Закон Ома для полной цепи: сила тока I полной электрической цепи равнаЭДС (электродвижущей силе) источника тока Е , деленной на полное сопротивление цепи (R + r). Полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений внешней цепи R и внутреннего r источника тока.Формула закона I =
. На рис. 1 и 2 приведены схемы электрических цепей.

3. Последовательное и параллельное соединение проводников

Проводники в электрических цепях могут соединяться последовательно и параллельно . Смешанное соединение сочетает оба эти соединения.

Сопротивление,при включении которого вместо всех других проводников, находящихся между двумя точками цепи, ток и напряжение остаются неизменными, называют эквивалентным сопротивлением этих проводников.

Последовательное соединение

Последовательным называется соединение, при котором каждый проводник соединяется только с одним предыдущим и одним последующим проводниками.

Как следует из первого правила Кирхгофа , при последовательном соединении проводников сила электрического тока, протекающего по всем проводникам, одинакова (на основании закона сохранения заряда).

1. При последовательном соединении проводников (рис. 1) сила тока во всех проводниках одинакова: I 1 = I 2 = I 3 = I

Рис. 1.Последовательное соединение двух проводников.

2. Согласно закону Ома, напряженияU 1 иU 2 на проводниках равны U 1 = IR 1 , U 2 = IR 2 , U 3 = IR 3 .

Напряжение при последовательном соединении проводников равно сумме напряжений на отдельных участках (проводниках) электрической цепи.

U = U 1 + U 2 + U 3

Позакону Ома, напряжения U 1, U 2 на проводниках равныU 1 = IR 1 , U 2 = IR 2 , В соответствии вторым правилом Кирхгофа напряжение на всем участке:

U = U 1 + U 2 = IR 1 + IR 2 = I(R 1 + R 2 )= I·R. Получаем: R = R 1 + R 2

Общее напряжение U на проводниках равно сумме напряжений U 1 , U 2 , U 3 равно: U = U 1 + U 2 + U 3 = I · (R 1 + R 2 + R 3 ) = IR

где R ЭКВ эквивалентное сопротивление всей цепи. Отсюда: R ЭКВ = R 1 + R 2 + R 3

При последовательном соединении эквивалентное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных участков цепи: R ЭКВ = R 1 + R 2 + R 3 +…

Этот результат справедлив для любого числа последовательно соединенных проводников.

Из закона Омаследует: при равенстве сил тока при последовательном соединении:

I = , I = . Отсюда = или =, т. е. напряжения на отдельных участках цепи прямо пропорциональны сопротивлениям участков.

При последовательном соединении n одинаковых проводников общее напряжение равно произведению напряжению одного U 1 на их количество n :

U ПОСЛЕД = n · U 1 . Аналогично для сопротивлений: R ПОСЛЕД = n · R 1

При размыкании цепи одного из последовательно соединенных потребителей ток исчезает во всей цепи, поэтому последовательное соединение на практике не всегда удобно.

Такими как электрический ток, напряжение, сопротивление и мощность. Настал черед основных электрических законов, так сказать, базиса, без знания и понимания которых невозможно изучение и понимание электронных схем и устройств.

Закон Ома

Электрический ток, напряжение, сопротивление и мощность, безусловно, между собой связаны. А взаимосвязь между ними описывается, без сомнения, самым главным электрическим законом – законом Ома . В упрощенном виде этот закон называется: закон Ома для участка цепи. И звучит этот закон следующем образом:

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

Для практического применения формулу закона Ома можно представить в виде вот такого треугольника, который помимо основного представления формулы, поможет определить и остальные величины.

Работает треугольник следующим образом. Чтобы вычислить одну из величин, достаточно закрыть ее пальцем. Например:

В предыдущей статье мы проводили аналогию между электричеством и водой , и выявили взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Также хорошей интерпретацией закона Ома может послужить следующий рисунок, наглядно отображающий сущность закона:

На нем мы видим, что человечек «Вольт» (напряжение) проталкивает человечка «Ампера» (ток) через проводник, который стягивает человечек «Ом» (сопротивление). Вот и получается, что чем сильнее сопротивление сжимает проводник, тем тяжелее току через него проходить («сила тока обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи» – или чем больше сопротивление, тем хуже приходится току и тем он меньше). Но напряжение не спит и толкает ток изо всех сил (чем выше напряжение, тем больше ток или – «сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению»).

Когда фонарик начинает слабо светить, мы говорим – «разрядилась батарейка». Что с ней произошло, что значит разрядилась? А значит это, что напряжение батарейки снизилось и оно больше не в состоянии «помогать» току преодолевать сопротивление цепей фонарика и лампочки. Вот и получается, что чем больше напряжение – тем больше ток.

Последовательное подключение – последовательная цепь

При последовательном подключении потребителей, например обычных лампочек, сила тока в каждом потребителе одинаковая, а вот напряжение будет отличаться. На каждом из потребителей напряжение будет падать (снижаться).

А закон Ома в последовательной цепи будет иметь вид:

При последовательном соединении сопротивления потребителей складываются. Формула для расчета общего сопротивления:

Параллельное подключение – параллельная цепь

При параллельном подключении, к каждому потребителю прикладывается одинаковое напряжение, а вот ток через каждый из потребителей, в случае, если их сопротивление отличается – будет отличаться.

Закон Ома для параллельной цепи, состоящей из трех потребителей, будет иметь вид:

При параллельном соединении общее сопротивление цепи всегда будет меньше значения самого маленького отдельного сопротивления. Или еще говорят, что «сопротивление будет меньше наименьшего».

Общее сопротивление цепи, состоящей из двух потребителей, при параллельном соединении:

Общее сопротивление цепи, состоящей из трех потребителей, при параллельном соединении:


Для большего числа потребителей расчет производится исходя из того, что при параллельном соединении проводимость (величина обратная сопротивлению) рассчитывается как сумма проводимостей каждого потребителя.

Электрическая мощность

Мощность – это физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии. Рассчитывается мощность по следующей формуле:

Таким образом зная, напряжение источника и измерив потребляемый ток, мы можем определить мощность потребляемую электроприбором. И наоборот, зная мощность электроприбора и напряжение сети, можем определить величину потребляемого тока. Такие вычисления порой необходимы. Например, для защиты электроприборов используются предохранители или автоматические выключатели. Чтобы правильно подобрать средство защиты нужно знать потребляемый ток. Предохранители, применяемые в бытовой технике, как правило подлежат ремонту и для их восстановления достаточно

Закон Ома часто называют основным законом электричества. Открывший его в 1826 г. известный немецкий физик Георг Симон Ом установил зависимость между основными физическими величинами электрической цепи – сопротивлением, напряжением и силой тока.

Электрическая цепь

Чтобы лучше понять смысл закона Ома, нужно представлять, как устроена электрическая цепь.

Что же такое электрическая цепь? Это путь, который проходят электрически заряженные частицы (электроны) в электрической схеме.

Чтобы в электрической цепи существовал ток, необходимо наличие в ней устройства, которое создавало бы и поддерживало разность потенциалов на участках цепи за счёт сил неэлектрического происхождения. Такое устройство называется источником постоянного тока , а силы — сторонними силами .

Электрическую цепь, в которой находится источник тока, называют полной электрической цепью . Источник тока в такой цепи выполняет примерно такую же функцию, что и насос, перекачивающий жидкость в замкнутой гидравлической системе.

Простейшая замкнутая электрическая цепь состоит из одного источника и одного потребителя электрической энергии, соединённых между собой проводниками.

Параметры электрической цепи

Свой знаменитый закон Ом вывел экспериментальным путём.

Проведём несложный опыт.

Соберём электрическую цепь, в которой источником тока будет аккумулятор, а прибором для измерения тока – последовательно включенный в цепь амперметр. Нагрузкой служит спираль из проволоки. Напряжение будем измерять с помощью вольтметра, включенного параллельно спирали. Замкнём с помощью ключа электрическую цепь и запишем показания приборов.

Подключим к первому аккумулятору второй с точно таким же параметрами. Снова замкнём цепь. Приборы покажут, что и сила тока, и напряжение увеличились в 2 раза.

Если к 2 аккумуляторам добавить ещё один такой же, сила тока увеличится втрое, напряжение тоже утроится.

Вывод очевиден: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению, приложенному к концам проводника .

В нашем опыте величина сопротивления оставалась постоянной. Мы меняли лишь величину тока и напряжения на участке проводника. Оставим лишь один аккумулятор. Но в качестве нагрузки будем использовать спирали из разных материалов. Их сопротивления отличаются. Поочерёдно подключая их, также запишем показания приборов. Мы увидим, что здесь всё наоборот. Чем больше величина сопротивления, тем меньше сила тока. Сила тока в цепи обратно пропорциональна сопротивлению .

Итак, наш опыт позволил нам установить зависимость силы тока от величины напряжения и сопротивления.

Конечно, опыт Ома был другим. В те времена не существовало амперметров, и, чтобы измерить силу тока, Ом использовал крутильные весы Кулона. Источником тока служил элемент Вольта из цинка и меди, которые находились в растворе соляной кислоты. Медные проволоки помещались в чашки со ртутью. Туда же подводились концы проводов от источника тока. Проволоки были одинакового сечения, но разной длины. За счёт этого менялась величина сопротивления. Поочерёдно включая в цепь различные проволоки, наблюдали за углом поворота магнитной стрелки в крутильных весах. Собственно, измерялась не сама сила тока, а изменение магнитного действия тока за счёт включения в цепь проволок различного сопротивления. Ом называл это «потерей силы».

Но так или иначе эксперименты учёного позволили ему вывести свой знаменитый закон.

Георг Симон Ом

Закон Ома для полной цепи

Между тем, формула, выведенная самим Омом, выглядела так:

Это не что иное, как формула закона Ома для полной электрической цепи: « Сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений внешней цепи и внутреннего сопротивления источника ».

В опытах Ома величина Х показывала изменение величины тока. В современной формуле ей соответствует сила тока I , протекающего в цепи. Величина а характеризовала свойства источника напряжения, что соответствует современному обозначению электродвижущей силы (ЭДС) ε . Значение величины l зависело от длины проводников, соединявших элементы электрической цепи. Эта величина являлась аналогией сопротивления внешней электрической цепи R . Параметр b характеризовал свойства всей установки, на которой проводился опыт. В современной обозначении это r – внутреннее сопротивление источника тока.

Как выводится современная формула закона Ома для полной цепи?

ЭДС источника равна сумме падений напряжений на внешней цепи (U ) и на самом источнике (U 1 ).

ε = U + U 1 .

Из закона Ома I = U / R следует, что U = I · R , а U 1 = I · r .

Подставив эти выражения в предыдущее, получим:

ε = I · R + I · r = I · (R + r) , откуда

По закону Ома напряжение во внешней цепи равно произведению силы тока на сопротивление. U = I · R . Оно всегда меньше, чем ЭДС источника. Разница равна величине U 1 = I · r .

Что происходит при работе батарейки или аккумулятора? По мере того, как разряжается батарейка, растёт её внутренне сопротивление. Следовательно, увеличивается U 1 и уменьшается U .

Полный закон Ома превращается в закон Ома для участка цепи, если убрать из него параметры источника.

Короткое замыкание

А что произойдёт, если сопротивление внешней цепи вдруг станет равно нулю? В повседневной жизни мы можем наблюдать это, если, например, повреждается электрическая изоляция проводов, и они замыкаются между собой. Возникает явление, которое называется коротким замыканием . Ток, называемый током короткого замыкания , будет чрезвычайно большим. При этом выделится большое количество теплоты, которое может привести к пожару. Чтобы этого не случилось, в цепи ставят устройства, называемые предохранителями. Они устроены так, что способны разорвать электрическую цепь в момент короткого замыкания.

Закон Ома для переменного тока

В цепи переменного напряжения кроме обычного активного сопротивления встречается реактивное сопротивление (ёмкости, индуктивности).

Для таких цепей U = I · Z , где Z — полное сопротивление, включающее в себя активную и реактивную составляющие.

Но большим реактивным сопротивлением обладают мощные электрические машины и силовые установки. В бытовых приборах, окружающих нас, реактивная составляющая настолько мала, что её можно не учитывать, а для расчётов использовать простую форму записи закона Ома:

I = U / R

Мощность и закон Ома

Ом не только установил зависимость между напряжением, током и сопротивлением электрической цепи, но и вывел уравнение для определения мощности:

P = U · I = I 2 · R

Как видим, чем больше ток или напряжение, тем больше мощность . Так как проводник или резистор не является полезной нагрузкой, то мощность, которая приходится на него, считается мощностью потерь. Она идёт на нагревание проводника. И чем больше сопротивление такого проводника, тем больше теряется на нём мощности. Чтобы уменьшить потери от нагревания, в цепи используют проводники с меньшим сопротивлением. Так делают, например, в мощных звуковых установках.

Вместо эпилога

Небольшая подсказка для тех, кто путается и не может запомнить формулу закона Ома.

Разделим треугольник на 3 части. Причём, каким образом мы это сделаем, совершенно неважно. Впишем в каждую из них величины, входящие в закон Ома — так, как показано на рисунке.

Закроем величину, которую нужно найти. Если оставшиеся величины находятся на одном уровне, то их нужно перемножить. Если же они располагаются на разных уровнях, то величину, расположенную выше, необходимо разделить на нижнюю.

Закон Ома широко применяется на практике при проектировании электрических сетей в производстве и в быту.

В 1826 году немецкий ученый Георг Ом совершил открытие и описал
эмпирический закон о соотношении между собой таких показателей как сила тока, напряжение и особенности проводника в цепи. Впоследствии, по имени ученого он стал называться закон Ома.

В дальнейшем выяснилось, что эти особенности не что иное, как сопротивление проводника, возникающее в процессе его контакта с электричеством. Это внешнее сопротивление (R). Есть также внутреннее сопротивление (r), характерное для источника тока.

Закон Ома для участка цепи

Согласно обобщенному закону Ома для некоторого участка цепи, сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах участка и обратно пропорциональна сопротивлению.

Где U – напряжение концов участка,I– сила тока, R– сопротивление проводника.

Беря во внимание вышеприведенную формулу, есть возможность найти неизвестные значенияUиR, сделав несложные математические операции.

Данные выше формулы справедливы лишь когда сеть испытывает на себе одно сопротивление.

Закон Ома для замкнутой цепи

Сила тока полной цепи равна ЭДС, деленной на сумму сопротивлений однородного и неоднородного участков цепи.

Замкнутая сеть имеет одновременно сопротивления внутреннего и внешнего характера. Поэтому формулы отношения будут уже другими.

Где E – электродвижущая сила (ЭДС), R- внешнее сопротивление источника, r-внутреннее сопротивление источника.

Закон Ома для неоднородного участка цепи

Замкнутая электрическая сеть содержит участки линейного и нелинейного характера. Участки, не имеющие источника тока и не зависящие от стороннего воздействия являются линейными, а участки, содержащие источник – нелинейными.

Закон Ома для участка сети однородного характера был изложен выше. Закон на нелинейном участке будет иметь следующий вид:

I = U/ R = f1 – f2 + E/ R

Где f1 – f2 – разница потенциалов на конечных точках рассматриваемого участка сети

R – общее сопротивление нелинейного участка цепи

ЭДС нелинейного участка цепи бывает больше нуля или меньше. Если направление движения тока, идущего из источника с движением тока в электрической сети, совпадают, будет преобладать движение зарядов положительного характера и ЭДС будет положительная. В случае же совпадения направлений, в сети будет увеличено движение отрицательных зарядов, создаваемых ЭДС.

Закон Ома для переменного тока

При имеющейся в сети емкости или инертности, необходимо учитывать при проводимых вычислениях, что они выдают свое сопротивление, от действия которого ток приобретает переменный характер.

Закон Ома для переменного тока выглядит так:

где Z – сопротивление по всей длине электрической сети. Его еще называют импеданс. Импеданс составляют сопротивления активного и реактивного характера.

Закон Ома не является основным научным законом, а лишь эмпирическим отношением, причем в некоторых условиях оно может не соблюдаться:

  • Когда сеть обладает высокой частотой, электромагнитное поле меняется с большой скоростью, и при расчетах необходимо учитывать инертность носителей заряда;
  • В условиях низкой температуры с веществами, которые обладают сверхпроводимостью;
  • Когда проводник сильно нагревается проходящим напряжением, отношение тока к напряжению становится переменным и может не соответствовать общему закону;
  • При нахождении под высоким напряжением проводника или диэлектрика;
  • В светодиодных лампах;
  • В полупроводниках и полупроводниковых приборах.

В свою очередь элементы и проводники, соблюдающие закон Ома, называются омическими.

Закон Ома может дать объяснение некоторым явлениям природы. Например, когда мы видим птиц, сидящих на высоковольтных проводах, у нас возникает вопрос – почему на них не действует электрический ток? Объясняется это довольно просто. Птицы, сидя на проводах, представляют собой своеобразные проводники. Большая часть напряжения приходится на промежутки между птицами, а та доля, что приходится на сами «проводники» не представляет для них опасности.

Но это правило работает лишь при единичном соприкосновении. Если птица заденет клювом или крылом провод или телеграфный столб, она неминуемо погибнет от огромного количества напряжения, которое несут в себе эти участки. Такие случаи происходят повсеместно. Поэтому в целях безопасности в некоторых населенных пунктах установлены специальные приспособления, защищающие птиц от опасного напряжения. На таких насестах птицы находятся в полной безопасности.

Закон Ома также широко применятся на практике. Электричество смертельно опасно для человека при одном лишь касании к оголенному проводу. Но в некоторых случаях сопротивление человеческого тела может быть разным.

Так, например, сухая и неповрежденная кожа обладает большим сопротивлением к воздействию электричества нежели рана или кожа, покрытая потом. В следствие переутомления, нервного напряжения и опьянения, даже при небольшом напряжении тока человек может получить сильный удар током.

В среднем, сопротивление тела человека – 700 Ом, значит, для человека является безопасным напряжение в 35 В. Работая с большим напряжением, специалисты используют .

Богданов К.Ю. — учебник по физике для 10 класса

§ 42. ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА. ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ.

Сила тока в замкнутой цепи равна отношению электродвижущей силы к полному сопротивлению цепи.

Если свободные заряды перемещаются в электрической цепи по замкнутой траектории, то такую цепь называют полной или замкнутой. При этом на каждом из участков такой цепи работа электростатических сил переходит в тепловую, механическую или энергию химических связей (см. §41). Так как работа электростатических сил, перемещающих заряд по замкнутой траектории, всегда равна нулю (см. §37), то только силы электростатического поля не могут обеспечить постоянное движение зарядов по замкнутой траектории.

Чтобы электрический ток в замкнутой цепи не прекращался, необходимо включить в неё источник тока (см. рис. 42а), внутри которого перемещение свободных зарядов происходило бы не под действием электростатических сил, а при участии любых других сил, называемых сторонними. Например, в цепи на рис. 42а, свободные заряды, перемещаются от тела А к телу Б под действием электростатических сил, а сторонние силы источника питания заставляют их возвращаться обратно – от Б к А.

Природа сторонних сил может быть разной. В гальванических элементах (батарейках и аккумуляторах), которые служат источниками постоянного тока, сторонние силы возникают в результате химических реакций между электродами и жидким электролитом. В генераторах переменного тока различных электростанций (гидроэлектростанций, тепловых и атомных) сторонние силы – это силы, действующие на свободные заряды, перемещающиеся в магнитном поле. В фотоэлементах сторонние силы возникают при действии света на электроны атомов, входящих в состав некоторых веществ.

Сторонние силы в источнике тока разделяют разноимённые электрические заряды друг от друга, совершая работу против электростатических (кулоновских сил). Контакт (полюс) источника тока, где в результате действия сторонних сил накапливается положительный заряд, называют положительным, а противоположно заряженный полюс – отрицательным, обозначая их так, как изображено на рис. 42б. Очевидно, что чем больший заряд накопится на полюсе источника тока, тем больше работы совершили сторонние силы по разделению зарядов, т. к. работа против кулоновских сил прямо пропорциональна величине заряда. Поэтому  отношение работы, Аст, сторонних сил, перемещающих заряд q внутри источника тока от отрицательного полюса к положительному, не зависит от величины заряда и служит характеристикой источника тока, называемой электродвижущей силой (ЭДС) источника, E :


Как и разность потенциалов, ЭДС в СИ измеряют в вольтах.

Сопротивление источника тока или внутреннее сопротивление тоже является его важной характеристикой. Внутренним сопротивлением гальванического элемента, например, является сопротивление электродов и электролита, находящегося между ними. Внешним участком замкнутой цепи называют её участок, подсоединённый снаружи к источнику тока (см. рис. 42а).

Чтобы определить, как зависит сила тока от ЭДС источника в цепи, изображённой на рис. 42а, нарисуем эквивалентную схему (см. рис. 42в), где R соответствует сопротивлению проводника между А и Б, (внешняя цепь), а r – внутреннему сопротивлению источника тока. Согласно закону Джоуля-Ленца работа  Аполн тока, протекающего по замкнутой цепи, за интервал времени t равна:

Аполн = I2.R.t + I2.r.t .                     (42.2)

Из закона сохранения энергии следует, что работа тока должна быть равна работе сторонних сил Астор = E.q = E.It . Приравняв Аполн из (42.2) и Астор , получаем следующее выражение для I:


которое называют законом Ома для полной цепи.

Легко показать, что, если полная цепь содержит несколько последовательно соединённых источников тока, то для вычисления силы тока по формуле (42.3) следует вместо E взять алгебраическую сумму ЭДС всех этих источников, выбрав какое-нибудь направление обхода цепи, например, по часовой стрелке (рис. 42г). Если при таком обходе мы идём от положительного полюса источника тока к отрицательному, то ЭДС данного источника следует суммировать со знаком минус. 

Вопросы для повторения:

·        Почему для постоянного движения свободных зарядов по замкнутой цепи необходимы сторонние силы?

·        Чему равна ЭДС источника тока?

·        Сформулируйте закон Ома для полной цепи.

 

Рис. 42. (а) – замкнутая цепь с источником тока; (б) — обозначение источника постоянного тока; (в) – к выводу закона Ома для полной цепи; (г) – закон Ома для полной цепи, содержащей несколько источников тока.

 

И полной цепи. Правила Кирхгофа

Напряжение на участке цепи. Законы Ома для участка цепи

Величина сторонней силы ст, действующей на заряд, равна

,

где – напряженность поля сторонних сил. Работа сторонних сил над зарядом q на участке цепи 1-2 равна:

.

Разделив эту работу на q, получим ЭДС, действующую на данном участке:

. (2.6)

Аналогичный интеграл, вычисленный для замкнутой цепи, даст ЭДС, действующую в этой цепи:

. (2.7)

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, ЭДС, действующая в замкнутой цепи, должна быть определœена как циркуляция вектора напряженности поля сторонних сил.

Учитывая то, что на заряд в каждой точке цепи действуют и электростатические и сторонние силы, то суммарная сила равна:

.

Работа͵ совершаемая этой силой над зарядом q на участке 1-2, определяется выражением

. (2.8)

Физическая величина, численно равная работе, совершаемой при перемещении единичного заряда электростатическими и сторонними силами, принято называть падением напряжения или просто напряжением на данном участке цепи. В соответствии с формулой (2.8)

. (2.9)

Участок цепи, на котором не действуют сторонние силы, принято называть однородным участком цепи. В случае если на носители тока действуют и сторонние силы, то такой участок цепи принято называть неоднородным. Используя выражения (2.3) и (2.9), формулу закона Ома для неоднородного участка цепи (рис. 2.2, а) можно записать в виде

. (2.10)

Необходимо помнить, что, в случае если ЭДС способствует движению положительных зарядов в выбранном направлении, то ε>0, в случае если препятствует, то ε<0.

Учитывая связь заряда с силой тока (2.1) и (2.2), определœение напряжения (2.9) и закон Ома для участка цепи (2.10), можно формулу для работы, совершаемой силами электрического поля при прохождении электрического тока (2.8), записать в виде

, (2.11)

где t – время прохождения тока. Формула (2.11) в случае, в случае если в участке цепи отсутствуют устройства, преобразующие электрическую энергию в механическую (электродвигатели), определяет выделяющееся в участке цепи количество тепла и соответствует закону Джоуля–Ленца.

Допустив в формуле (2.10) j1=j2, получим выражение закона Ома для замкнутой цепи (рис.2.2, б):

. (2.12)

В формулах (2.10) и (2.12) R — ϶ᴛᴏ полное сопротивление цепи, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ включает в себя внутреннее сопротивление источника тока, сопротивление соединительных проводов и сопротивление потребителœей электрической энергии.

Формулы (2.10), (2.12) используются для расчета простых цепей. Расчет сложных цепей упрощается, в случае если пользоваться правилами Кирхгофа. Первое из них относится к узлам цепи. Узел — ϶ᴛᴏ точка, в которой сходится более чем два проводника. Первое правило Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю:

. (2.13)

Второе правило относится к любому замкнутому контуру, выделœенному в этой цепи. Согласно второму правилу Кирхгофа, алгебраическая сумма падений напряжений на каждом участке выбранного замкнутого контура равна алгебраической сумме ЭДС, включенных в данный контур:

. (2.14)

Решения системы уравнений (4.5)…(4.6) позволят найти всœе токи в цепи, а также рассчитать напряжения на отдельных участках цепи.

Как соотносятся напряжение, ток и сопротивление: Закон Ома

Том I — Округ Колумбия »ЗАКОН ОМА»

Электрическая цепь образуется, когда создается токопроводящий путь для позволяют свободным электронам непрерывно двигаться. Это непрерывное движение свободные электроны, проходящие через проводники цепи, называют током , и его часто называют «потоком», как поток жидкости через полую трубу.

Сила, побуждающая электроны «течь» в цепи, называется напряжением .Напряжение — это особая мера потенциальной энергии, которая всегда относительный между двумя точками. Когда мы говорим об определенном количестве напряжение, присутствующее в цепи, мы имеем в виду измерение о том, сколько потенциальной энергии существует для перемещения электронов из одной конкретной точки в этой цепи в другую конкретную точку. Без ссылки на две конкретные точки термин «напряжение» не имеет значения.

Свободные электроны имеют тенденцию перемещаться по проводникам с некоторой степенью трение или противодействие движению.Это противодействие движению больше правильно называется сопротивление . Количество тока в цепи зависит от количества доступного напряжения, чтобы мотивировать электронов, а также количество сопротивления в цепи, чтобы противостоять электронный поток. Как и напряжение, сопротивление — величина относительная. между двумя точками. По этой причине величины напряжения и сопротивление часто указывается как «между» или «поперек» двух точек в цепи.

Чтобы иметь возможность делать значимые заявления об этих количествах в цепей, мы должны иметь возможность описывать их количество в одном и том же способ, которым мы могли бы количественно определить массу, температуру, объем, длину или любой другой другой вид физической величины.Для массы мы можем использовать единицы «фунт» или «грамм». Для температуры мы можем использовать градусы Фаренгейта или градусов Цельсия. Вот стандартные единицы измерения для электрический ток, напряжение и сопротивление:

«Символ», указанный для каждого количества, является стандартным буквенным обозначением. буква, используемая для обозначения этой величины в алгебраическом уравнении. Подобные стандартизированные буквы распространены в дисциплинах физика и техника, и признаны во всем мире.Единица аббревиатура «для каждого количества представляет собой используемый алфавитный символ. как сокращенное обозначение конкретной единицы измерения. А также, да, этот странный на вид символ «подкова» — заглавная греческая буква Ω, просто символ в иностранном алфавите (приношу извинения всем греческим читателям).

Каждая единица измерения названа в честь известного экспериментатора в области электричества: amp в честь француза Андре М.Ампер, вольт после итальянского Алессандро Вольта и Ом после немца Георга Симона Ома.

Математический символ для каждой величины также имеет значение. В «R» для сопротивления и «V» для напряжения говорят сами за себя, тогда как «I» для тока кажется немного странным. Считается, что «я» должно было представлять «Интенсивность» (потока электронов) и другой символ напряжения, «E». расшифровывается как «Электродвижущая сила.»Из каких исследований мне удалось Да, похоже, есть некоторые споры о значении «я». Символы «E» и «V» по большей части взаимозаменяемы, хотя некоторые тексты зарезервируйте «E» для обозначения напряжения на источнике (таком как батарея или генератор) и «V» для обозначения напряжения на любом другом элементе.

Все эти символы выражаются заглавными буквами, за исключением случаев, когда величина (особенно напряжение или ток) описывается в терминах короткого периода времени (называемого «мгновенное» значение).Например, напряжение батареи, которое стабильный в течение длительного периода времени, будет обозначаться заглавной буквой буква «Е», а пик напряжения удара молнии в самом момент, когда он попадет в линию электропередачи, скорее всего, будет обозначен строчная буква «е» (или строчная буква «v») для обозначения этого значения как находясь в один момент времени. Это же соглашение о нижнем регистре выполняется верно и для тока, строчная буква «i» обозначает ток в некоторый момент времени.Однако большинство измерений постоянного тока (DC), которые стабильны во времени, будут обозначены заглавными буквами.

Одна основополагающая единица электрического измерения, которой часто учат в начало курсов электроники, но впоследствии редко используемое, блок кулон , который является мерой электрического заряда, пропорциональной количеству электроны в несбалансированном состоянии. Один кулон заряда равен 6 250 000 000 000 000 000 электронов.Символ электрического заряда количество — это заглавная буква «Q» с единицей измерения кулоны. сокращенно заглавной буквой «C». Так получилось, что агрегат для поток электронов, amp, равен 1 кулону электронов, проходящих через данный момент в цепи за 1 секунду времени. В этих терминах ток — это скорость движения электрического заряда по проводнику.

Как указывалось ранее, напряжение — это мера потенциальной энергии на единицу заряда , доступной для перемещения электронов из одной точки в другую.Прежде чем мы сможем точно определить, что такое «вольт» то есть, мы должны понять, как измерить эту величину, которую мы называем «потенциал энергия ». Общая единица измерения энергии любого вида — джоуль , равно количеству работы, выполненной приложенной силой в 1 ньютон через движение на 1 метр (в том же направлении). В британских частях это чуть меньше 3/4 фунта силы, приложенной на расстоянии 1 фут. Проще говоря, требуется около 1 джоуля энергии для поднимите гирю 3/4 фунта на 1 фут от земли или перетащите что-нибудь расстояние в 1 фут с использованием параллельного тягового усилия 3/4 фунта.Определенный в этих научных терминах 1 вольт равен 1 джоуля электрической потенциальной энергии на (деленный на) 1 кулон заряда. Таким образом, батарея на 9 вольт выделяет 9 джоулей энергии на каждый кулон электронов, перемещаемых по цепи.

Эти единицы и символы электрических величин станут очень важно знать, когда мы начинаем исследовать отношения между ними в схемах. Первые и, пожалуй, самые важные отношения Между током, напряжением и сопротивлением называется закон Ома, открытый Георгом Саймоном Омом и опубликованный в его статье 1827 года . Математические исследования гальванической цепи .Главное открытие Ома заключалось в том, что величина электрического тока через металлический проводник в цепи прямо пропорционально напряжение, приложенное к нему, для любой заданной температуры. Ом выражен его открытие в виде простого уравнения, описывающего, как напряжение, ток и сопротивление взаимосвязаны:

В этом алгебраическом выражении напряжение (E) равно току (I) умноженное на сопротивление (R). Используя методы алгебры, мы можем преобразовать это уравнение в два варианта, решая для I и R, соответственно:

Давайте посмотрим, как эти уравнения могут работать, чтобы помочь нам анализировать простые схемы:

В приведенной выше схеме есть только один источник напряжения (аккумулятор слева) и только один источник сопротивления току. (лампа справа).Это позволяет очень легко применять закон Ома. Если мы знаем значения любых двух из трех величин (напряжения, тока и сопротивления) в этой цепи, мы можем использовать закон Ома для определения третьей.

В этом первом примере мы рассчитаем величину тока (I) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и сопротивления (R):

Какая величина тока (I) в этой цепи?

В этом втором примере мы рассчитаем величину сопротивления (R) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и тока (I):

Какое сопротивление (R) предлагает лампа?

В последнем примере мы рассчитаем величину напряжения, подаваемого батареей, с учетом значений тока (I) и сопротивления (R):

Какое напряжение обеспечивает аккумулятор?

Закон Ома — очень простой и полезный инструмент для анализа электрических схемы.Он так часто используется при изучении электричества и электроники, которую нужно сохранить в памяти серьезными ученик. Для тех, кто еще не знаком с алгеброй, есть трюк с запоминанием того, как решить для любого одного количества, учитывая другое два. Сначала расположите буквы E, I и R в виде треугольника следующим образом:

Если вы знаете E и I и хотите определить R, просто удалите R с картинки и посмотрите, что осталось:

Если вы знаете E и R и хотите определить I, удалите I и посмотрите, что осталось:

Наконец, если вы знаете I и R и хотите определить E, удалите E и посмотрите, что осталось:

В конце концов, вам придется познакомиться с алгеброй, чтобы серьезно изучать электричество и электронику, но этот совет может сделать ваш первый расчеты запомнить немного легче.Если тебе комфортно с алгебры, все, что вам нужно сделать, это зафиксировать E = IR в памяти и получить другие две формулы из того, когда они вам понадобятся!

  • ОБЗОР:
  • Напряжение измеряется в вольтах , обозначается буквами «E» или «V».
  • Ток измеряется в ампер , обозначается буквой «I».
  • Сопротивление измеряется в Ом , обозначается буквой «R».
  • Закон Ома: E = IR; I = E / R; R = E / I
Закон

Ома — Университетская физика, том 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Опишите закон Ома
  • Признать, когда закон Ома применим, а когда нет

До сих пор в этой главе мы обсуждали три электрических свойства: ток, напряжение и сопротивление.Оказывается, многие материалы демонстрируют простую взаимосвязь между значениями этих свойств, известную как закон Ома. Многие другие материалы не демонстрируют эту взаимосвязь, поэтому, несмотря на то, что они называются законом Ома, они не считаются законом природы, как законы Ньютона или законы термодинамики. Но это очень полезно для расчетов с материалами, которые подчиняются закону Ома.

Описание закона Ома

Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению В .Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) первым экспериментально продемонстрировал, что ток в металлической проволоке прямо пропорционален приложенному напряжению :

Это важное соотношение лежит в основе закона Ома. Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, в которой напряжение является причиной, а ток — следствием. Это эмпирический закон, который означает, что это экспериментально наблюдаемое явление, подобное трению. Такая линейная зависимость возникает не всегда.Любой материал, компонент или устройство, подчиняющееся закону Ома, где ток через устройство пропорционален приложенному напряжению, называется омическим материалом или омическим компонентом. Любой материал или компонент, который не подчиняется закону Ома, известен как неомический материал или неомический компонент.

Эксперимент Ома

В статье, опубликованной в 1827 году, Георг Ом описал эксперимент, в котором он измерял напряжение и ток в различных простых электрических цепях, содержащих провода различной длины.Аналогичный эксперимент показан на (Рисунок). Этот эксперимент используется для наблюдения за током через резистор, возникающим в результате приложенного напряжения. В этой простой схеме резистор включен последовательно с батареей. Напряжение измеряется вольтметром, который необходимо разместить на резисторе (параллельно резистору). Ток измеряется амперметром, который должен быть на одной линии с резистором (последовательно с резистором).

Экспериментальная установка, используемая для определения того, является ли резистор омическим или неомическим устройством.(а) Когда батарея подключена, ток течет по часовой стрелке, а вольтметр и амперметр показывают положительные значения. (b) Когда выводы батареи переключаются, ток течет против часовой стрелки, а вольтметр и амперметр показывают отрицательные показания.

В этой обновленной версии оригинального эксперимента Ома было выполнено несколько измерений тока для нескольких различных напряжений. Когда батарея была подключена, как показано на (Рисунок) (а), ток протекал по часовой стрелке, и показания вольтметра и амперметра были положительными.Изменится ли поведение тока, если ток течет в обратном направлении? Чтобы заставить ток течь в обратном направлении, выводы батареи можно переключить. При переключении выводов батареи показания вольтметра и амперметра были отрицательными, поскольку ток протекал в обратном направлении, в данном случае против часовой стрелки. Результаты аналогичного эксперимента показаны на (Рисунок).

Резистор вставлен в цепь с батареей.Приложенное напряжение изменяется от -10,00 В до +10,00 В с шагом 1,00 В. На графике показаны значения напряжения в зависимости от тока, типичные для случайного экспериментатора.

В этом эксперименте напряжение, приложенное к резистору, изменяется от -10,00 до +10,00 В с шагом 1,00 В. Измеряются ток через резистор и напряжение на резисторе. Построен график зависимости напряжения от тока, и результат будет приблизительно линейным.Наклон линии — это сопротивление или напряжение, деленное на ток. Этот результат известен как закон Ома:

, где В, — напряжение, измеренное в вольтах на рассматриваемом объекте, I — ток, измеренный через объект в амперах, а R — сопротивление в единицах Ом. Как указывалось ранее, любое устройство, которое показывает линейную зависимость между напряжением и током, известно как омическое устройство. Следовательно, резистор — это омическое устройство.

Проверьте свое понимание Напряжение, подаваемое в ваш дом, изменяется как. Если к этому напряжению подключить резистор, будет ли действовать закон Ома?

Да, закон Ома все еще в силе. В каждый момент времени ток равен, поэтому ток также является функцией времени.

Неомические устройства не показывают линейной зависимости между напряжением и током. Одним из таких устройств является элемент полупроводниковой схемы, известный как диод.Диод — это схемное устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении. Схема простой схемы, состоящей из батареи, диода и резистора, показана на (рисунок). Хотя мы не рассматриваем теорию диода в этом разделе, диод можно протестировать, чтобы определить, является ли он омическим или неомическим устройством.

Диод — это полупроводниковое устройство, которое пропускает ток, только если диод смещен в прямом направлении, что означает, что анод положительный, а катод отрицательный.

График зависимости тока от напряжения показан на (Рисунок).Обратите внимание, что поведение диода показано как зависимость тока от напряжения, тогда как работа резистора показана как зависимость напряжения от тока. Диод состоит из анода и катода. Когда анод находится под отрицательным потенциалом, а катод — под положительным потенциалом, как показано в части (а), говорят, что диод имеет обратное смещение. При обратном смещении диод имеет чрезвычайно большое сопротивление, и через диод и резистор протекает очень небольшой ток — практически нулевой ток. По мере увеличения напряжения, приложенного к цепи, ток остается практически нулевым, пока напряжение не достигнет напряжения пробоя и диод не будет проводить ток, как показано на (Рисунок).Когда аккумулятор и потенциал на диоде меняются местами, что делает анод положительным, а катод отрицательным, диод проводит, и ток течет через диод, если напряжение больше 0,7 В. Сопротивление диода близко к нулю. (Это причина наличия резистора в цепи; если бы его не было, ток стал бы очень большим.) Из графика на (Рисунок) видно, что напряжение и ток не имеют линейной зависимости. Таким образом, диод является примером безомного устройства.

Когда напряжение на диоде отрицательное и небольшое, через диод протекает очень небольшой ток. Когда напряжение достигает напряжения пробоя, диод проводит. Когда напряжение на диоде положительное и превышает 0,7 В (фактическое значение напряжения зависит от диода), диод проводит. По мере увеличения приложенного напряжения ток через диод увеличивается, но напряжение на диоде остается примерно 0,7 В.

Закон Ома обычно формулируется как, но первоначально он был сформулирован как микроскопическое изображение с точки зрения плотности тока, проводимости и электрического поля.Этот микроскопический вид предполагает, что пропорциональность обусловлена ​​дрейфовой скоростью свободных электронов в металле, возникающей в результате приложенного электрического поля. Как было сказано ранее, плотность тока пропорциональна приложенному электрическому полю. Переформулировка закона Ома приписывается Густаву Кирхгофу, имя которого мы снова увидим в следующей главе.

Закон

Ома для простых электрических цепей, Рон Куртус

SfC Home> Физика> Электричество>

, автор: Рон Куртус (от 23 октября 2019 г.)

Закон Ома является наиболее фундаментальной формулой для простых электрических цепей .Он утверждает, что электрический ток, проходящий через проводник, прямо пропорционален разности потенциалов на проводнике. Впервые он был сформулирован в 1827 году немецким физиком Георгом Омом во время экспериментов по изучению того, насколько хорошо металлы проводят электричество.

Закон

Ома лучше всего демонстрируется в простой электрической цепи постоянного тока. Хотя это также относится к цепям переменного тока, необходимо учитывать другие возможные переменные.

Связь между током, напряжением и сопротивлением в цепи позволяет вычислить одну переменную, если вы используете значения двух других.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

  • Что означают параметры в уравнении?
  • Какая конфигурация схемы?
  • Как применить закон Ома?

Этот урок ответит на эти вопросы. Полезный инструмент: Конвертация единиц



Уравнение

Закон

Ома показывает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением в простой электрической цепи. Самая простая форма уравнения:

В = ИК

где:

  • V — напряжение в вольтах ( V )
  • I — ток в амперах или амперах ( A )
  • R — сопротивление в Ом ( Ом — греческая буква Омега)

Таким образом, если вы знаете ток и сопротивление, вы можете использовать формулу для определения напряжения.

Используя алгебру, вы можете изменить порядок переменных в соответствии со своими потребностями. Например, если вы знаете напряжение и сопротивление и хотите найти ток, вы можете использовать:

I = V / R

Или, если вы знаете напряжение и ток и хотите найти сопротивление, вы можете использовать:

R = V / I

Конфигурация

Простая электрическая цепь состоит из металлических проводов, идущих к источнику питания и от него, а также источника сопротивления, такого как резисторы или электрическая лампочка, соединенных последовательно с источником.Типичным источником питания является батарея постоянного тока, хотя также может применяться генератор постоянного или переменного тока.

Примечание : Если цепь переменного тока включает в себя такие компоненты, как конденсаторы или катушки индуктивности, закон Ома не применяется.

Простая цепь постоянного тока

Использование уравнения

Важность закона Ома заключается в том, что, если вы знаете значение двух переменных в уравнении, вы можете определить третью. Вы можете измерить любой из параметров с помощью вольтметра.Большинство вольтметров или мультиметров измеряют напряжение, ток и сопротивление как переменного, так и постоянного тока.

Найти напряжение

Если вам известны ток и сопротивление, вы можете найти напряжение из В = I R . Например, если ток I = 0,2 А и сопротивление R = 1000 Ом , то

В = 0,2 А * 1000 Ом = 200 В

Найти текущий

Если вы знаете напряжение и сопротивление, вы можете использовать алгебру, чтобы изменить уравнение на I = V / R , чтобы найти ток.Например, если В = 110 В и R = 22000 Ом , то

I = 110 В / 22000 Ом = 0,005 А

Найдите сопротивление

Если вы знаете напряжение и ток, вы можете использовать алгебру, чтобы изменить уравнение на R = V / I , чтобы найти сопротивление. Если В = 220 В и I = 5 А , то

R = 220 В / 5 A = 44 Ом

Резюме

Закон Ома — это уравнение V = I R , которое показывает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением в простой электрической цепи.Он может применяться как к цепям переменного, так и к постоянному току.


Будьте полны решимости сделать все возможное


Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайтов

Немного истории об Ом — Краткая история

Закон Ома — Объяснение, включая калькулятор закона Ома

Основные электрические законы — Включает теорию схем

Формулы электрических цепей — Уравнения высокого уровня для решения проблем

Электроэнергетические ресурсы постоянного и переменного тока

Физические ресурсы

Книги

Научитесь электричеству и электронике Стэна Гибилиско; Макгроу-Хилл; (2001) 34 доллара.95 — Руководство для профессионалов, любителей и техников, желающих изучить цепи переменного и постоянного тока


Вопросы и комментарии

Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если да, отправьте свой отзыв по электронной почте. Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.


Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:


Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/
electric_ohms_law.htm

Пожалуйста, включите его в качестве ссылки на свой веб-сайт или в качестве ссылки в своем отчете, документе или тезисе.

Авторские права © Ограничения


Где ты сейчас?

Школа чемпионов

По физике

Закон Ома для простых электрических цепей

Что такое закон Ома и как он применим к тепловым системам?

Применение закона Ома к тепловым системам

Чтобы понять, как сопротивление электрической цепи влияет на вашу тепловую систему, просмотрите различные схемы и решения по обогреву.Эти знания помогут вам приобрести оптимальный электрический нагреватель и контроллер для вашего приложения.

Определение тока

Определение величины тока, который будет протекать в вашей системе, важно для обеспечения защиты компонентов системы с помощью соответствующих предохранителей или автоматических выключателей. Ток также можно определить по закону Ома. Ток I в амперах (A) равен напряжению E в вольтах (V), деленному на сопротивление R в омах (Ω).

  • ● Ток = напряжение / сопротивление, поэтому I = E / R

Например, если нагреватель измеряет сопротивление 100 Ом, а напряжение, подаваемое в систему, составляет 240 вольт, каков ток в амперах? I = 240/100, поэтому I = 2.4 ампера.

Расчет сопротивления последовательных и параллельных цепей

Электрические цепи состоят из четырех основных компонентов. Эти четыре компонента могут быть включены в последовательную или параллельную цепь для питания ваших нагревательных приборов:

  • ● Резистивное устройство (нагревательные элементы)
  • ● Источник напряжения
  • ● Текущий путь
  • ● Переключатель

Последовательная цепь соединяет нагреватели встык.Сопротивление каждого нагревателя необходимо сложить, чтобы получить общее сопротивление цепи. Параллельные цепи открывают большие возможности для прохождения электричества, поэтому добавление нагревательных элементов в параллельную цепь снижает общее сопротивление. Просто установите напряжение закона Ома как постоянное и рассчитайте сопротивление вашей системы.

Последовательная цепь характеризуется общим током, протекающим через все резисторы, так как ток может идти только по одному пути.Эквивалентное сопротивление для последовательной цепи — это сумма всех отдельных сопротивлений, поэтому R всего = R₁ + R₂ +… + Rn. Между тем, параллельная цепь характеризуется общей разностью потенциалов (напряжением) на концах всех резисторов. Эквивалентное сопротивление для параллельной цепи рассчитывается по следующей формуле: 1 / R всего = 1 / R₁ + 1 / R₂ + … + 1 / Rn.

Рис. 1. На схеме слева показана схема, состоящая из источника напряжения и трех резисторов серии .Правая диаграмма представляет собой схему с источником напряжения и 3 резисторами, включенными параллельно . Например, у вас есть три нагревателя с R1 = 10 Ом, R2 = 16 Ом и R3 = 5 Ом. Итак, рассчитав сопротивление для последовательной цепи, R всего = 10 + 16 + 5 = 31 Ом. Расчет для параллельной схемы: 1 / R всего = 1/10 + 1/16 + 1/5, поэтому 1 / R всего = 0,3625 и R всего = 2,76 Ом.

Обратите внимание, что при последовательном размещении резисторов общее сопротивление превышает сопротивление каждого отдельного нагревателя, а при параллельном размещении общее сопротивление уменьшается до уровня, меньшего, чем сопротивление каждого отдельного нагревателя.

В параллельных цепях все нагревательные элементы имеют одинаковое напряжение, а в последовательных цепях — одинаковый ток. По сути, последовательная проводка предназначена только для двух нагревателей одинаковой мощности и напряжения. Параллельная схема не только снижает сопротивление, но и не требует от каждого нагревателя постоянного тока электричества. Если один нагреватель выходит из строя последовательно, цепь разрывается, и вся линейка нагревателей перестает работать. Один поврежденный нагреватель в параллельной цепи влияет только на отдельный нагреватель, поэтому другие нагреватели могут продолжать работать.

Как улучшить тепловую систему Закон

Ома может помочь вам в поиске и устранении неисправностей в вашей тепловой системе. Если ваши контроллеры мощности и температуры показывают колебания электрического тока или тепловой мощности, вы можете использовать закон Ома для проверки статических значений компонентов схемы и определения измерений напряжения на компонентах.

Измерение высокого тока в вашей цепи может быть вызвано увеличением напряжения или уменьшением сопротивления.Ваш испытательный прибор может идентифицировать любое изменение напряжения, что позволяет использовать закон Ома для расчета сопротивления, чтобы определить, вызвана ли проблема поврежденными компонентами или ослабленными электрическими соединениями. В этом случае это действительно вызовет увеличение сопротивления; низкий I и высокий W, при этом высокий W означает больше тепла на концах.

Закон

Ома — важный инструмент, используемый инженерами-проектировщиками для расчета взаимосвязи между напряжением, током и сопротивлением. Однако это не считается универсальным законом.Закон Ома не применяется в случаях, когда имеется индуктивная нагрузка или когда сопротивление не является постоянным. В то время как большинство нагревателей имеют стабильное сопротивление при повышении температуры, некоторые нет. Примеры этого включают вольфрамовые лампы и нагреватели из карбида кремния.

Существуют исключения схемы, особенно когда протекающий ток не прямо пропорционален разности потенциалов в проводнике. Закон Ома нельзя применять к устройствам с нелинейной зависимостью между напряжением и током, таким как термистор.Для получения дополнительной информации о законе Ома и его исключениях обратитесь к торговому представителю Watlow.

Параллельная схема и закон Ома: множество путей для электричества — Урок

(0 Рейтинги)

Быстрый просмотр

Оценка Уровень: 4 (3-5)

Требуемое время: 45 минут

Зависимость урока:

Тематические области: Алгебра, физические науки

Ожидаемые характеристики NGSS:


Поделиться:

Резюме

Студенты изучают состав и практическое применение параллельной схемы по сравнению с последовательной схемой.Студенты проектируют и строят параллельные схемы, исследуют их характеристики и применяют закон Ома. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Инженеры

разработали очень сложную схему, называемую интегральной схемой, которая объединяет тысячи и миллионы параллельных и последовательных схем, работающих вместе. Одним из типов интегральных схем, которые работают как полноценный вычислительный механизм, является микропроцессор, известный как центральный процессор или ЦП.Микропроцессоры необходимы в автомобилях, видеоиграх, детекторах дыма, DVD-плеерах, механизмах открывания гаражных ворот, беспроводных телефонах, часах и калькуляторах. Инженеры постоянно разрабатывают новые технологии, чтобы они могли использовать электричество для решения повседневных проблем — усилий, которые способствуют созданию более здоровой, счастливой и безопасной окружающей среды.

Цели обучения

После этого урока учащиеся должны уметь:

  • Различают последовательные и параллельные части цепи.
  • Опишите, как изменяется ток в параллельной цепи, когда лампочка удаляется из цепи или добавляется к ней.
  • Опишите связи между изображениями условных обозначений цепей
  • Признать, что инженеры-электрики, материаловеды / инженеры, инженеры-механики и физики вносят свой вклад в развитие электронных технологий.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными предметами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100 000+ стандартов K-12 STEM, охватываемые TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения — наука
Ожидаемые характеристики NGSS

4-ПС3-2. Проведите наблюдения, чтобы доказать, что энергия может передаваться с места на место с помощью звука, света, тепла и электрического тока.(4 класс)

Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Нажмите, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям от результатов.
Этот урок посвящен следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика Основные дисциплинарные идеи Сквозные концепции
Проведите наблюдения, чтобы получить данные, которые послужат основой для свидетельств для объяснения явления или проверки проектного решения.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Энергия может передаваться с места на место с помощью движущихся объектов, звука, света или электрического тока.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Энергия присутствует всякий раз, когда есть движущиеся объекты, звук, свет или тепло. Когда объекты сталкиваются, энергия может передаваться от одного объекта к другому, тем самым изменяя их движение.При таких столкновениях некоторая энергия обычно также передается окружающему воздуху; в результате воздух нагревается и раздается звук.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Свет также передает энергию с места на место.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Энергия также может передаваться с места на место с помощью электрического тока, который затем может быть использован локально для создания движения, звука, тепла или света.С самого начала токи могли быть созданы путем преобразования энергии движения в электрическую.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Энергия может передаваться различными способами и между объектами.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Государственные стандарты Common Core — математика
  • Умножьте целое число до четырех цифр на однозначное целое число и умножьте два двузначных числа, используя стратегии, основанные на разрядах и свойствах операций.Проиллюстрируйте и объясните расчет с помощью уравнений, прямоугольных массивов и / или моделей площадей. (Оценка 4) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Решайте реальные и математические проблемы, записывая и решая уравнения вида x + p = q и px = q для случаев, когда p, q и x являются неотрицательными рациональными числами.(Оценка 6) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология
  • Между технологиями и другими областями обучения существуют различные отношения.(Оценки 3 — 5) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Инструменты, машины, продукты и системы используют энергию для работы.(Оценки 3 — 5) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Больше подобной учебной программы

Предварительные знания

Цепи серии

Введение / Мотивация

Попросите учащихся поднять руки, если они когда-либо использовали видеоигры, пульт дистанционного управления (для телевизора или другого электронного устройства) или клавиатуру.Спросите, у кого-нибудь из них когда-либо перестала работать только одна кнопка или клавиша, в то время как остальная часть контроллера видеоигры, пульта дистанционного управления или клавиатуры продолжала работать. Что происходит в электронном виде, что вызывает это? Как может быть сломана только одна кнопка, а остальная часть контроллера все еще работает?

Спросите студентов, заходили ли они когда-нибудь в комнату с несколькими лампами и включали ли они только один. Напомните учащимся о последовательно построенных цепях, которые они построили ранее. Когда одна лампочка была вынута из цепи, образовалась разомкнутая цепь, и электроны не могли течь, чтобы зажечь другие лампочки.Теперь спросите их, как это возможно, что вы можете включить один свет в комнате, и он будет работать, но вам не нужно было включать все остальные светильники?

Объясните учащимся, что в этих двух примерах используются параллельные схемы. Инженеры подключают элементы параллельно , поэтому, если одна часть цепи выходит из строя, остальная часть цепи все еще работает.

Попросите трех добровольцев. Назначьте одного добровольца «батареей», а двух — «лампочками». (Это может помочь нарисовать соответствующие символы на листах бумаги и приклеить их к рубашкам.) Попросите учащихся физически изобразить последовательную цепь, взявшись за руки в круге. Затем попросите учащихся изобразить параллельную цепь, повернув лампочки и подставку для батареек в одном направлении, а их руки касаются локтей человека перед ними.

Очень сложная схема, объединяющая тысячи и миллионы параллельных и последовательных схем, работающих вместе, называется интегральной схемой (см. Рисунок 1). Микропроцессор, известный как центральный процессор или ЦП, представляет собой тип интегральной схемы, которая работает как законченный вычислительный механизм.В наши дни в среднем доме в США есть около 40 таких микропроцессоров в дополнение к 10 или около того в одном обычном персональном компьютере. Микропроцессоры используются в автомобилях, видеоиграх, детекторах дыма, DVD-плеерах, механизмах открывания гаражных ворот, беспроводных телефонах, часах и калькуляторах. Их даже вживляют животным в качестве электронных идентификационных меток.

Рисунок 1. Принципиальная схема простой параллельной схемы (слева) и интегральной схемы (справа). Copyright

Copyright © http: // whyfiles.larc.nasa.gov/text/kids/Problem_Board/problems/electricity/images/circuits05.gif (слева) и http://www.lbl.gov/Education/HGP-images/integrated-circuit-small.gif (справа )

Предпосылки и концепции урока для учителей

Параллельные схемы

Параллельная цепь и соответствующая ей принципиальная схема показаны на рисунке 2. Поскольку существует более одного пути для прохождения заряда по цепи, ток делится между двумя лампочками.Следовательно, ток перед лампочками (в узле; пересечение двух проводов) и после лампочек (в узле; пересечение двух проводов) одинаков, но разделен в лампочках. Другими словами, полный ток в цепи равен сумме токов на параллельных участках. Обратите внимание: если у лампочек одинаковое сопротивление, ток делится между ними поровну. С другой стороны, если лампы имеют разное сопротивление, лампа с большим сопротивлением будет иметь меньший ток. Общее сопротивление цепи уменьшается при увеличении количества параллельных цепей.Падение напряжения на каждой части параллельной цепи одинаково, потому что каждая часть подключена к одним и тем же двум точкам. Студенты могут попрактиковаться в построении собственных параллельных цепей с помощью связанного с ними задания «Лампочки и батареи бок о бок».

Рис. 2. Последовательная схема (слева) и соответствующая принципиальная схема (справа). Авторское право

Авторские права © Джо Фридрихсен, Программа и лаборатория ITL, Университет Колорадо в Боулдере, 2003.

При параллельном соединении батарей общий производимый ток увеличивается.Например, если мы сделаем схему с использованием трех параллельных батарей 1,5 В в качестве источника напряжения, общее напряжение, обеспечиваемое батареей, все равно будет 1,5 В. Однако ток будет в три раза больше, чем у одной батареи 1,5 В. Помните, что величина тока в цепи зависит от сопротивлений устройств в цепи. Когда инженер проектирует устройство, например портативный проигрыватель компакт-дисков, он / она решает, сколько батарей необходимо параллельно, чтобы обеспечить достаточный ток. Как видите, инженеры-электрики должны хорошо разбираться в электричестве, но при этом быть очень креативными в своей работе!

Электричество в доме

Когда вы подключаете прибор к розетке дома, вы добавляете параллельную ветвь к цепи, которая идет до вашей местной электростанции.К розеткам подключены два провода, называемые линиями; одна линия называется проводом под напряжением, а другая — нулевым проводом. Эти линии подают переменный ток (AC) напряжением 110–120 В. Часто третий контакт в розетке является заземляющим проводом. Заземляющий провод подключается непосредственно к земле, чтобы направить ток в землю, если провод под напряжением случайно касается металла на приборе. Это предотвратит поражение электрическим током любого, кто прикоснется к прибору. Конечно, прибор должен быть подключен к заземляющему проводу с помощью адаптера или трехконтактной вилки.Инженеры несут ответственность за безопасность использования бытовой техники; надлежащее заземление является важным аспектом при проектировании, и они всегда заботятся об общественной безопасности.

Электроэнергетика

Всякий раз, когда в цепи есть ток, электрическая энергия используется для выполнения определенного вида работы, а электрическая энергия преобразуется в другой тип энергии. Это может быть вращение лопастей вентилятора, освещение комнаты или нагревание пищи. Скорость, с которой эта работа выполняется зарядом в цепи, — это электрическая энергия.Электроэнергия — это также скорость использования электрической энергии, следовательно, мощность = энергия / время. Электрическая мощность, потребляемая прибором, равна P = I * V, где P — электрическая мощность, I — ток в приборе в амперах [A], а V — напряжение прибора в вольтах [V]. Следовательно, электрическая мощность выражается в ваттах (Вт), где 1 Вт = 1 А * В. Стоимость электроэнергии указывается в центах за киловатт-час (кВтч), где 1 кВтч = 1000 Втч (Ватт-час). Киловатт-час — это количество электроэнергии, потребляемой в час из расчета 1 кВт.Разработка устройств, эффективно потребляющих электроэнергию, является важной задачей для инженеров, которая в конечном итоге помогает улучшить общество.

Сопутствующие мероприятия

Закрытие урока

Предложите учащимся предложить примеры устройств, содержащих компьютерные микросхемы; напишите названия предметов на доске. (Возможные ответы: микроволновая печь, автоответчик, машина, DVD-плеер и т. Д.Затем нарисуйте на плате схему с несколькими компонентами (пример эскиза см. На рис. 3). Попросите класс определить, какие компоненты схемы подключены последовательно, а какие — параллельно.

Рис. 3. Принципиальная схема, состоящая из батареи и трех резисторов, демонстрирующая компоненты последовательной и параллельной цепи. Авторское право

Copyright © 2012 Карли Самсон, Университет Колорадо в Боулдере

Затем нарисуйте на плате принципиальную схему, как показано на рисунке 4.Используйте закон Ома (I = V / R), чтобы сравнить ток в трех лампах, каждая с увеличивающимся сопротивлением, подключенных параллельно. (Ответ: см. Расчеты на рис. 4. Максимальный ток в лампочке с наименьшим сопротивлением и наименьший — в лампе с наибольшим сопротивлением.) Спросите, что происходит с напряжением при параллельном подключении батарей? (Ответ: напряжение на клеммах остается прежним.)

Рис. 4. Параллельная схема, состоящая из трех лампочек с увеличивающимся сопротивлением (слева), и расчет закона Ома для определения тока каждой лампы (справа).Copyright

Copyright © Дарья Котис-Шварц, Программа и лаборатория ITL, Университет Колорадо в Боулдере, 2004.

Словарь / Определения

Интегральная схема: микроэлектронная схема, вытравленная или отпечатанная на полупроводниковом кристалле.

параллельная цепь: электрическая цепь, обеспечивающая более одного проводящего пути.

Оценка

Оценка перед уроком

Вопросы для обсуждения: Задайте ученикам и обсудите в классе:

  • К какой схеме вы хотите подключить свой дом или видеоигру и почему? (Ответ: Студенты, вероятно, вспомнят урок о последовательной схеме и объяснят, как работает этот тип схемы.Обсудите плюсы и минусы последовательных схем.)
  • Если вы удалите одну лампочку из последовательной цепи с тремя лампочками, цепь будет (n) ____________ цепью. Открытый или закрытый? (Ответ: Открытый.)
  • Что произойдет с другими лампочками в последовательной цепи, если одна лампочка перегорит? (Ответ: Все гаснут.)
  • При последовательном соединении аккумуляторов напряжение на них ____________. Увеличивается, уменьшается или остается неизменным? (Ответ: Увеличивается до общего суммарного значения напряжения аккумуляторной батареи.)

Оценка после введения

Вопрос / ответ: Задайте студентам вопросы и попросите их поднять руки, чтобы ответить. Напишите ответы на доске

  • Как это возможно, что вы можете включить один свет в комнате, и он будет работать, без необходимости включать все остальные светильники? (Ответ: Электропроводка в доме — параллельная.)
  • Как называется очень сложная схема, объединяющая тысячи и миллионы параллельных и последовательных цепей, работающих вместе? (Ответ: интегральная схема или микропроцессор.)

Итоги урока Оценка

пронумерованных руководителей: Разделите класс на команды от трех до пяти. Попросите учеников в каждой команде нумеровать, чтобы у каждого члена был свой номер. Задайте студентам вопросы (при желании дайте им временные рамки для решения каждого из них). Члены каждой команды должны работать вместе, чтобы ответить на вопросы. Все в команде должны знать ответ. Наберите произвольный номер. Студенты с этим номером должны поднять руки, чтобы дать ответ.Если не все учащиеся с этим номером поднимают руки, дайте командам поработать еще немного. Спросите у студентов:

  • Если вы удалите одну лампочку из параллельной цепи с тремя лампами, включенными параллельно, цепь станет (n) ____________ цепью. Открытый или закрытый? (Ответ: закрыто.)
  • Что произойдет с другими лампами в параллельной цепи, если одна лампочка перегорит? (Ответ: горят.)
  • При параллельном подключении лампочек общее сопротивление равно ____________ сопротивлению одной лампочки.Меньше, больше или такое же, как? (Ответ: Менее.)
  • При параллельном подключении аккумуляторов напряжение на них ____________. Увеличивается, уменьшается или остается неизменным? (Ответ: остается прежним.)
  • Нарисуйте принципиальную схему параллельной цепи с двумя батареями, включенными параллельно, и двумя лампочками, включенными параллельно.

Рисунок Race: Напишите символы схем на плате (см. Рисунок 5). Разделите класс на команды по четыре человека так, чтобы у каждого члена команды был другой номер, от одного до четырех.Позвоните по номеру и попросите учащихся с этим номером поспешить к доске, чтобы нарисовать правильную принципиальную схему. Дайте очко команде, чей товарищ по команде первым закончит розыгрыш правильно. Попросите учащихся нарисовать принципиальные схемы следующего:

  • Цепь с одной батареей и двумя параллельными лампочками.
  • Цепь с тремя параллельно включенными батареями и двумя параллельными лампочками.
  • Цепь с двумя батареями, включенными параллельно, одним резистором и одной лампочкой.
  • Цепь с одной батареей, одним выключателем и тремя параллельными лампочками.
  • Схема с одной батареей, одним переключателем и двумя параллельными резисторами.
  • Цепь с одной батареей, одним переключателем, одной лампочкой и резистором, включенными параллельно.
  • Цепь с двумя батареями, включенными параллельно, и одной лампочкой, включенной параллельно, с лампочкой и резистором.

Рис. 5. Выбор графических обозначений принципиальной схемы. Авторское право

Copyright © Дарья Котис-Шварц, Лаборатория ITL, Университет Колорадо в Боулдере, 2004.

Презентация в классе: Работая в группах от двух до четырех человек, попросите учащихся представить классную презентацию, в которой они динамически разыгрывают концепции, которые они изучили в этом модуле. Поощряйте ролевые игры и творчество.

  • Попросите учеников разыграть сценарий инженера-электрика, который только что изобрел новую игрушку, используя последовательные или параллельные (или комбинацию обоих) цепей. Другими игроками могут быть потребители, патентные служащие, соседи, другие инженеры и т. Д.Каждый сценарий должен включать описание схемы и того, как она работает, а также рисунок схемы на плате.

Мероприятия по продлению урока

Предложите студентам изучить историю компьютерной индустрии и интегральных схем. Они могут подготовить плакаты и презентации о ключевых изобретениях, а также об инженерах и исследователях, сыгравших важную роль в разработке микрочипов и микропроцессоров.

Микрочипы

все чаще используются в устройствах, например, в утюжках для одежды, которые автоматически отключаются, и в тостерах, которые обнаруживают идеально поджаренные тосты. Попросите учащихся всякие бытовые приборы, которые они могут придумать, с микрочипом. Микрочипы используются в посудомоечных машинах, стиральных и сушильных машинах, телевизорах, микроволновых печах, автомобилях, видеомагнитофонах, DVD-плеерах, приемниках спутниковых тарелок, пультах дистанционного управления, видеоиграх, камерах, видеокамерах, детекторах дыма, механизмах открывания гаражных ворот, беспроводных телефонах, мобильных телефонах, факсы, телескопы, приемники GPS, радио, клавиатуры, MP3-плееры, магнитофоны, стереосистемы, часы, калькуляторы, принтеры, сканеры, КПК и идентификационные бирки животных.

Выражения и уравнения: Попросите учащихся решить закон Ома (I = V / R) в конце урока для различных переменных, включая напряжение, ток и сопротивление, а не только ток.

использованная литература

Хьюитт, Пол Г. Концептуальная физика. 8-е издание. Нью-Йорк, Нью-Йорк: издательство Addison Publishing Company, 1998.

Каган, Спенсер. Совместное обучение. Капистрано, Калифорния: Кооперативное обучение Кагана, 1994.(Источник для деятельности по оценке пронумерованных глав.)

Рид, Т. Чип: как два американца изобрели микрочип и совершили революцию. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Random House, 2001, стр. 309.

авторское право

© 2004 Регенты Университета Колорадо.

Авторы

Ксочитл Замора Томпсон; Сабер Дурен; Дарья Котыс-Шварц; Малинда Шефер Зарске; Дениз Карлсон; Джанет Йоуэлл

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы по цифровой библиотеке было разработано за счет гранта Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), U.S. Министерство образования и Национальный научный фонд ГК-12, грант No. 0338326. Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 4 ноября 2021 г.

Закон

Ома — Веб-формулы

Закон Ома гласит, что ток, протекающий через устройство, прямо пропорционален разности потенциалов, приложенной к устройству.Константа пропорции называется сопротивлением устройства, когда она математически формулируется как:

В = IR
Где В — напряжение на элементе схемы в вольтах, I — ток, проходящий через элемент в амперах и R — сопротивление элемента в омах. Учитывая любые две из этих величин, можно использовать закон Ома для определения третьей.

Соответствующие единицы СИ:
Вольт (В) = Ом (Ом) ∙ ампер (А)

Закон Ома можно переписать как:
I = V / R
R = V / I

Электрическая цепь для проверки закона Ома:
Для проверки закона Ома используется следующая схема.

На приведенной выше диаграмме показана схема, используемая в лаборатории для проверки закона Ома.
В цепи: B — батарея для подачи тока в цепь, Rh — реостат для контроля тока в цепи, K — ключ для подключения или разрыва цепи, A — амперметр для измерения тока в цепи, V — вольтметр для измерения разности потенциалов на проводе сопротивления, а R — провод сопротивления для обеспечения сопротивления.

Обратите внимание:
1.Реостат Rh, ключ K, амперметр A и провод сопротивления R подключены последовательно с батареей B.
2. Положительный полюс амперметра должен быть направлен к положительному полюсу батареи.
3. Вольтметр V подключается параллельно проводу сопротивления.
4. Положительный полюс вольтметра должен быть ближе к положительному полюсу батареи.

Процедура проверки закона Ома:
1. Клавиша K закрывается, и реостат настраивается так, чтобы получить минимальные показания амперметра и вольтметра.

  1. Затем реостат постепенно перемещается, так что ток в цепи увеличивается.
  2. Каждый раз, когда реостат перемещается, показания тока (I), протекающего в цепи, и разности потенциалов на сопротивлении измеряются путем записи показаний амперметра и вольтметра.
  3. Таким образом, различные наборы значений получаются в таблице, и соотношение тока (I) и разности потенциалов (V) вычисляется для каждого набора значений.
  4. Следует отметить, что соотношение силы тока и разности потенциалов одинаковое или почти одинаковое для каждого набора значений в таблице.
  5. Теперь построен график зависимости V от I, на котором разность потенциалов V берется по оси y, а ток I — по оси x.
  6. Полученный график представляет собой прямую линию, и наклон этой линии представляет собой значение отношения V к стихам I.

Таким образом, доказано, что отношение V к стихам I является постоянной величиной (обозначающей сопротивление), т. Е. , V / I = постоянная = R.Таким образом подтверждается закон Ома.

Пример 1: Ток 5 мА протекает через омический проводник, к которому приложена разность потенциалов 15 В. Какое сопротивление проводника?
Решение:
Используя V = I R
Транспонирование, R = V / I
где I = 5 мА и V = 15 В
дает R = 15/5 = 3 кОм

Пример 2: Какой ток будет протекать через резистор с сопротивлением 4,7 кОм при приложении напряжения 12 В?
Решение:
Используя V = I R
Транспонирование, I = V / R
где V = 12 В и R = 4.7k
дает I = 12 / 4,7 = 2,55 мА

Пример 3: Каково напряжение на проводе с сопротивлением 10 Ом, когда по нему протекает ток 500 мА?
Решение:
Используя V = I R
где I = 500 мА и R = 10 Ом.
дает В = 500 × 10 -3 × 10 = 5 В

Простые схемы | Блестящая вики по математике и науке

Для любой простой системы найти V, I или R несложно, если учесть два других фактора, но это усложняется, когда источник питания управляет несколькими устройствами последовательно.Последовательность означает несколько устройств, соединенных встык, при этом положительный вывод одного устройства подключен к отрицательному устройству следующего, точно так же, как набор рождественских гирлянд. Поскольку устройства перетекают друг в друга, и заряд сохраняется, любой ток, протекающий в первое устройство, должен вытекать из последнего устройства, то есть ток через все устройства одинаков. Последовательные устройства похожи на воду, плывущую по реке: река может закручиваться, поворачиваться, сжиматься и расширяться, но количество воды, текущей в любом заданном поперечном сечении в единицу времени, должно быть одинаковым во всех точках вдоль реки, т.е.е. v1A1 = v2A2v_1A_1 = v_2A_2v1 A1 = v2 A2. Если бы это было не так, вода накапливалась бы в точках вдоль реки и выливалась бы из берегов.

Таким образом, в приведенной выше схеме i1 = i2 = i3i_1 = i_2 = i_3i1 = i2 = i3, или поскольку каждый резистор подчиняется закону Ома

I = V1R1 = V2R2 = V3R3.I = \ frac {V_1} {R_1} = \ frac {V_2} {R_2} = \ frac {V_3} {R_3} .I = R1 V1 = R2 V2 = R3 V3.

Теперь левая сторона оранжевой лампочки подключена к положительной клемме батареи, а правая сторона зеленой лампочки подключена к отрицательной клемме батареи, что означает, что сумма напряжения падает на трех резисторы равны по величине падению напряжения на батарее, т.е.е.

Vbattery = V1 + V2 + V3.V_ \ text {battery} = V_1 + V_2 + V_3.Vbattery = V1 + V2 + V3.

Это физический принцип.

Следовательно,

Vbattery = V1 + V2 + V3 = IR1 + IR2 + IR3 = I (R1 + R2 + R3) = IReff. \ Begin {выровнено} V_ \ text {батарея} & = V_1 + V_2 + V_3 \\ & = IR_1 + IR_2 + IR_3 \\ & = I \ влево (R_1 + R_2 + R_3 \ вправо) \\ & = IR_ \ text {eff}. \ end {align} Vbattery = V1 + V2 + V3 = IR1 + IR2 + IR3 = I (R1 + R2 + R3) = IReff.

Следовательно, цепь, состоящая из трех последовательно соединенных лампочек, эквивалентна одной лампочке с сопротивлением, равным сумме отдельных сопротивлений.Это доказывает общий результат для резисторов, включенных последовательно.

Последовательные резисторы

Эффективное сопротивление последовательно включенных резисторов R1,…, RNR_1, \ ldots, R_NR1,…, RN равно

.

Reff = ∑iRi.R_ \ text {eff} = \ sum_i R_i.Reff = i∑ Ri.

Хотя последовательное расположение элементов схемы имеет некоторые привлекательные особенности, такие как равномерный ток, простота установки новых батарей и т. Д., Последовательное расположение элементов схемы имеет серьезные недостатки.Во-первых, введение любых новых устройств уменьшает ток, протекающий по цепи, и, таким образом, снижает выходную мощность каждого отдельного устройства. Если несколько устройств подключены последовательно, например, духовка, компьютер и лампа для чтения, затемнение лампы для чтения (за счет увеличения ее сопротивления) означает уменьшение тока в духовке и компьютере. Другой заключается в том, что если один элемент в цепи, например, ваш телевизор, сломается, вся цепь также разорвется, потому что разрыв электрического потенциала больше не поддерживается ни на одном устройстве.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.