Формулы тока напряжения сопротивления: Ток, напряжение, сопротивление. Закон Ома.

Содержание

Ток, напряжение, сопротивление. Закон Ома.

Мы начинаем публикацию материалов новой рубрики «Основы электроники«, и в сегодняшней статье речь пойдет о фундаментальных понятиях, без которых не проходит обсуждение ни одного электронного устройства или схемы. Как вы уже догадались, я имею ввиду ток, напряжение и сопротивление 🙂 Кроме того, мы не обойдем стороной закон Ома, который определяет взаимосвязь этих величин, но не буду забегать вперед, давайте двигаться постепенно.

Итак, давайте начнем с понятия напряжения.

Напряжение.

По определению напряжение — это энергия (или работа), которая затрачивается на перемещение единичного положительного заряда из точки с низким потенциалом в точку с высоким потенциалом (т. е. первая точка имеет более отрицательный потенциал по сравнению со второй). Из курса физики мы помним, что потенциал электростатического поля — это скалярная величина, равная отношению потен­циальной энергии заряда в поле к этому заряду.

Давайте рассмотрим небольшой пример:

В пространстве действует постоянное электрическое поле, напряженность которого равна E. Рассмотрим две точки, расположенные на расстоянии d друг от друга. Так вот напряжение между двумя точками представляет из себя ни что иное, как разность потенциалов в этих точках:

U = \phi_1\medspace-\medspace \phi_2

В то же время не забываем про связь напряженности электростатического поля и разности потенциалов между двумя точками:

\phi_1\medspace-\medspace \phi_2 = Ed

И в итоге получаем формулу, связывающую напряжение и напряженность:

U = Ed

В электронике, при рассмотрении различных схем, напряжение все-таки принято считать как разность потенциалов между точками. Соответственно, становится понятно, что напряжение в цепи — это понятие, связанное с двумя точками цепи. То есть говорить, к примеру, «напряжение в резисторе» — не совсем корректно. А если говорят о напряжении в какой-то точке, то подразумевают разность потенциалов между этой точкой и «землей».

Вот так плавно мы вышли к еще одному важнейшему понятию при изучении электроники, а именно к понятию «земля» 🙂 Так вот «землей» в электрических цепях чаще всего принято считать точку нулевого потенциала (то есть потенциал этой точки равен 0).

Давайте еще пару слов скажем о единицах, которые помогают охарактеризовать величину напряжения. Единицей измерения является Вольт (В). Глядя на определение понятия напряжения мы можем легко понять, что для перемещения заряда величиной 1 Кулон между точками, имеющими разность потенциалов 1 Вольт, необходимо совершить работу, равную 1 Джоулю. С этим вроде бы все понятно и можно двигаться дальше 🙂

А на очереди у нас еще одно понятие, а именно ток.

Ток, сила тока в цепи.

Что же такое электрический ток?

Давайте подумаем, что будет происходить если под действие электрического поля попадут заряженные частицы, например, электроны… Рассмотрим проводник, к которому приложено определенное

напряжение:

Из направления напряженности электрического поля (E) мы можем сделать вывод о том, что \phi_1 > \phi_2 (вектор напряженности всегда направлен в сторону уменьшения потенциала). На каждый электрон начинает действовать сила:

F = Ee

где e − это заряд электрона.

И поскольку электрон является отрицательно заряженной частицей, то вектор силы будет направлен в сторону противоположную направлению вектора напряженности поля. Таким образом, под действием силы частицы наряду с хаотическим движением приобретают и направленное (вектор скорости V на рисунке). В результате и возникает

электрический ток 🙂

Ток — это упорядоченное движение заряженных частиц под воздействием электрического поля.

Важным нюансом является то, что принято считать, что ток протекает от точки с более положительным потенциалом к точке с более отрицательным потенциалом, несмотря на то, что электрон перемещается в противоположном направлении.

Носителями заряда могут выступать не только электроны. Например, в электролитах и ионизированных газах протекание тока в первую очередь связано с перемещением ионов, которые являются положительно заряженными частицами.

Соответственно, направление вектора силы, действующей на них (а заодно и вектора скорости) будет совпадать с направлением вектора E. И в этом случае противоречия не возникнет, ведь ток будет протекать именно в том направлении, в котором движутся частицы 🙂

Для того, чтобы оценить ток в цепи придумали такую величину как сила тока. Итак, сила тока (I) — это величина, которая характеризует скорость перемещения электрического заряда в точке. Единицей измерения силы тока является Ампер. Сила тока в проводнике равна 1 Амперу, если за 1 секунду через поперечное сечение проводника проходит заряд 1 Кулон.

Мы уже рассмотрели понятия

силы тока и напряжения, теперь давайте разберемся каким образом эти величины связаны. И для этого нам предстоит изучить, что же из себя представляет сопротивление проводника.

Сопротивление проводника/цепи.

Термин «сопротивление» уже говорит сам за себя 🙂

Итак, сопротивление — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать (сопротивляться) прохождению электрического тока.

Рассмотрим медный проводник длиной l с площадью поперечного сечения, равной S:

Сопротивление проводника зависит от нескольких факторов:

  • удельного сопротивления проводника \rho
  • длины проводника l
  • площади поперечного сечения проводника S

Удельное сопротивление — это табличная величина. Формула, с помощью которой можно вычислить сопротивление проводника выглядит следующим образом:

R = \rho\medspace \frac{l}{S}

Для нашего случая \rho будет равно 0,0175 (Ом * кв. мм / м) — удельное сопротивление меди. Пусть длина проводника составляет 0.5 м, а площадь поперечного сечения равна 0.2 кв. мм. Тогда:

R =0,0175 \cdot \frac{0.5}{0.2} = 0.04375\medspace Ом

Как вы уже поняли из примера, единицей измерения сопротивления является Ом 🙂

С сопротивлением проводника все ясно, настало время изучить взаимосвязь напряжения, силы тока и сопротивления цепи.

Закон Ома.

И тут на помощь нам приходит основополагающий закон всей электроники — закон Ома:

Сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению рассматриваемого участка цепи.

Рассмотрим простейшую электрическую цепь:Как следует из закона Ома напряжение и сила тока в цепи связаны следующим образом:

I = \frac{U}{R}

Пусть напряжение составляет 10 В, а сопротивление цепи равно 200 Ом. Тогда сила тока в цепи вычисляется следующим образом:

I = \frac{10}{200} = 0.05 = 50\medspaceмА

Как видите, все несложно 🙂 Пожалуй на этом мы и закончим сегодняшнюю статью, спасибо за внимание и до скорых встреч!

Формула напряжения тока. Найти электрическое напряжение, разность потенциалов.

Как известно у электрического напряжения должна быть своя мера, которая изначально соответствует той величине, что рассчитана для питания того или иного электротехнического устройства. Превышение или снижение величины этого напряжения питания негативно влияет на электрическую технику, вплоть до полного выхода ее из строя. А что такое напряжение? Это разность электрических потенциалов. То есть, если для простоты понимания его сравнить с водой, то это примерно будет соответствовать давлению. По научному электрическое напряжение — это физическая величина, показывающая, какую работу совершает на данном участке ток при перемещении по этому участку единичного заряда.

Наиболее распространенной формулой напряжения тока является та, в которой имеются три основные электрические величины, а именно это само напряжение, ток и сопротивление. Ну, а формула эта известна под названием закона Ома (нахождение электрического напряжения, разности потенциалов).

Звучит эта формула следующим образом — электрическое напряжение равно произведению силы тока на сопротивление. Напомню, в электротехнике для различных физических величин существуют свои единицы измерения. Единицей измерения напряжения является «Вольт» (в честь ученого Алессандро Вольта, который открыл это явление).

Единица измерения силы тока — «Ампер», и сопротивления — «Ом». В итоге мы имеем — электрическое напряжение в 1 вольт будет равно 1 ампер умноженный на 1 ом.

Помимо этого второй наиболее используемой формулой напряжения тока является та, в которой это самое напряжение можно найти зная электрическую мощность и силу тока.

Звучит эта формула следующим образом — электрическое напряжение равно отношению мощности к силе тока (чтобы найти напряжение нужно мощность разделить на ток). Сама же мощность находится путем перемножения тока на напряжение. Ну, и чтобы найти силу тока нужно мощность разделить на напряжение. Все предельно просто. Единицей измерения электрической мощности является «Ватт». Следовательно 1 вольт будет равен 1 ватт деленный на 1 ампер.

Ну, а теперь приведу более научную формулу электрического напряжения, которая содержит в себе «работу» и «заряды».

В этой формуле показывается отношение совершаемой работы по перемещению электрического заряда. На практике же данная формула вам вряд ли понадобится. Наиболее встречаемой будет та, которая содержит в себе ток, сопротивление и мощность (то есть первые две формулы). Но, хочу предупредить, что она будет верна лишь для случая применения активных сопротивлений. То есть, когда расчеты производятся для электрической цепи, у которой имеется сопротивления в виде обычных резисторов, нагревателей (со спиралью нихрома), лампочек накаливания и так далее, то приведенная формула будет работать. В случае использования реактивного сопротивления (наличии в цепи индуктивности или емкости) нужна будет другая формула напряжения тока, которая учитывает также частоту напряжения, индуктивность, емкость.

P.S. Формула закона Ома является фундаментальной, и именно по ней всегда можно найти одну неизвестную величину из двух известных (ток, напряжение, сопротивление). На практике закон ома будет применяться очень часто, так что его просто необходимо знать наизусть каждому электрику и электронику.

чему равно напряжение, как найти сопротивление нагрузки

В наши дни электричество играет в жизни человека очень большую роль, в следствие чего базовые знания в области физики и электротехники нужны практически каждому. Напряжение является одной из главных физических величин, которая позволяет объяснить теорию возникновения электрического поля и методы подбора оптимального сечения кабеля для применения его в повседневной жизни.

Что такое напряжение в сети электричества.

Напряжение – это физическая величина, которая характеризует электрическое поле. Иными словами, оно показывает, какую работу оно совершает при перемещении одного положительного заряда на определённое расстояние.

Показатель напряжения на вольтметре

За единицу напряжения в международной системе принимается такой показатель на концах проводника, при котором заряд в 1 Кл совершает работу в 1 Дж для перемещения его по этому проводнику. Общепринятой единицей измерения напряжения считается 1 В – Вольт.

Важно! Работа измеряется в Джоулях, заряды в Кулонах, а напряжение в Вольтах, следовательно, 1 Вольт равняется 1 Джоулю, деленному на 1 Кулон.

Чему равно напряжение.

Напряжение напрямую связано с работой тока, зарядом и сопротивлением. Чтобы измерить напряжение непосредственно в электрической цепи, к ней нужно подключить вольтметр. Он присоединяется к цепи параллельно, в отличие от амперметра, который подключается последовательно. Зажимы измерительного прибора крепятся к тем точкам, между которыми нужно вычислить напряжение. Чтобы он правильно показал значение, нужно включить цепь. На схемах вольтметр обозначается буквой V, обведенной в кружок.

Изображение вольтметра и электрической цепи

Напряжение обозначается латинской [U], а измеряется в [В]. Оно равно работе, которое совершает поле при перемещении единичного заряда. Формула напряжения тока – это U = A/q, где A – работа тока, q – заряд, а U – само напряжение.

Обратите внимание! В отличие от магнитного поля, где заряды неподвижны, в электрическом поле они находятся в постоянном движении.

Электрическое поле

Формула закона Ома

Свои опыты Ом направлял на изучение такой физической величины, как сопротивление, в результате чего в 1826 году он стал автором закона, который не потерял совей актуальность вплоть до сегодняшнего дня. Из своих опытов Ом вывел, что в различных цепях сила тока может возрастать с различной скоростью, и происходит это по мере увеличения напряжения.

Также, Ом сделал вывод, что каждый проводник обладает индивидуальными свойствами проводимости.

Сопротивление обозначается заглавной латинской [R] и измеряется в Омах. Сопротивление – физическая величина, характеризующая свойства проводника оказывать влияние на идущий по нему ток. Оно прямо пропорционально напряжению  в сети и обратно пропорционально  силе тока. В виде формулы данный закон можно записать как R = U/I, где U – напряжение, а I – сила тока. 1 Ом равняется 1 Вольту, деленному на 1 Ампер.

Запомните! Реостат – прибор, обеспечивающий возможность изменять сопротивление. Прежде всего, он влияет на показатель R в цепи, а, следовательно, на 2 другие величины, описанные в законе Ома. Силу тока может помочь определить амперметр.

Ползунковый реостат

Из формулы закона Ома можно вывести практически любую зависимость, связанную с электричеством. Также, существует понятие удельного сопротивления проводника – физической величины, которая демонстрирует, каким сопротивлением будет обладать проводник из определенного вещества. Обозначается эта величина буквой ρ и через неё можно также найти сопротивление в цепи как произведению удельного сопротивления и длины проводника, деленного на площадь его поперечного сечения.

Важно! В виде формулы нахождение сопротивления через удельное сопротивление выглядит так: R = ρ*(l/S), где l – длина проводника, а S – площадь поперечного сечения.

Физический смысл удельного сопротивления показывает, какое влияние будет оказывать проводник длиной в 1 м с площадью поперечного сечения в 1 квадратный мм, изготовленный из определенного вещества. Измеряется в Омах, умноженных на метр: [ρ] = [Ом*м].

Ом и формула

Как найти сопротивление нагрузки

Сопротивление нагрузки обозначается латинскими буквами Rn или Rн. По сути, это является тем же сопротивлением участка цепи и вычисляется также по формулам закона Ома. Нагрузка обозначается символами, которые на электрической схеме изображаются в виде крестиков в кружке – лампочкой; то есть двигатель, лампа, конкретный прибор и т. д.

Каждая нагрузка имеет своё собственное сопротивление. Например, если к сети подключена одна лампочка, то сопротивление нагрузки – показатель этого единственного прибора в цепи. Если к цепи подключено несколько нагрузок, то сопротивление считается суммарно для каждой из них.

Сопротивление нагрузки вычисляется в соответствии с законом Ома, то есть Rn = U/I. Если к сети подключено несколько нагрузок, то оно будет рассчитываться следующим образом: сначала находится сопротивление каждой отдельной «лампочки». Далее Rn вычисляется в зависимости от того, какой тип подключения в цепи: последовательное или параллельное. При параллельном 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/Rn, где n –количество подключенных приборов. Если же соединение последовательное, общее R равно сумме всех R цепи.

Последовательное/параллельное соединения

Как найти с помощью формулы напряжение

Людей, интересующихся электричеством и физикой, всегда волнует вопрос, как найти напряжения, если известны другие характеристики. Его можно найти через многие формулы: в соответствии с законом Ома, через работу тока, путём сложения всех напряжений в электрической цепи и практическим способом – с помощью вольтметра. Как вычислить показатель с помощью последнего способа было описано выше.

Важно! В цепях с последовательным соединением общее напряжение – сумма значений каждой нагрузки. При параллельном соединении общее напряжение равно значению каждой лампочки, у которых оно также эквивалентно.

Измерение напряжения

По каким формулам вычисляется напряжение через работу и сама сила тока, рассказывают на уроках физики, так как эти величины считаются базовыми. Работа тока равна произведению напряжения и заряда: A = U*q. Также, из этой формулы выводится A = U*I*t, так как заряд – произведение силы тока и времени. Из них следует, что U = A/q или U = A/(I*t). Кроме того, одной из основных является формула напряжения, выведенная из закона Ома: U = R/I.

Важно! Определить напряжение можно и через мощность электрического тока. Мощность [P] равна A/t, и, так как A = U*I*t, конечная формула выглядит, как P = (U*I*t)/t. Здесь t сократится, и останется P = U*I, из которой следует, что U = P/I.

Как найти силу тока через сопротивление и напряжение

Сила тока обозначается латинскими [I] или [Y], и она зависит от количества заряда, перенесенного от одного полюса к другому за определенный промежуток времени, т.е. I = q/t. Измеряется сила тока в амперах, а узнать её значение в цепи можно при помощи амперметра.

Мужчина считает силу тока

Существуют формулы определения силы тока через напряжение и сопротивление. В первом случае произведение силы тока на время равняется работе, деленной на напряжение: I*t = A/U, во втором – по закону Ома, I = U/R. Через мощность сила будет равняться P/U.

При последовательном соединении, сила тока одинакова на всех участках цепи, следовательно, равна общему значению в цепи. В противоположном случае сила электрического тока равняется сумме силы тока всех нагрузок.

Таким образом, существует огромное множество формул для нахождения силы тока, напряжения и сопротивления. Они всегда могут пригодиться для теории, а на практике всегда помогут специальные приборы – амперметр и вольтметр.

Закон Ома для переменного тока

 

 Мы с вами знаем формулировку закона Ома для цепей постоянного тока, которая гласит, что ток в такой цепи прямо пропорционален напряжению на элементе цепи и обратно пропорционален сопротивлению этого элемента постоянному току, протекающему через него.

Однако при изучении цепей переменного тока стало известно, что оказывается кроме элементов цепей с активным сопротивлением, есть элементы цепи с так называемым реактивным сопротивлением, то есть индуктивности и емкости (катушки и конденсаторы).

В цепи, содержащей только активное сопротивление, фаза тока всегда совпадает с фазой напряжения (рис 1.), т. е. сдвиг фаз тока и напряжения в цепи с чисто активным сопротивлением равен нулю.

Рисунок 1. Напряжение и ток в цепи с чисто активным сопротивлением. Сдвиг фаз между током и напряжение в цепи переменного тока с чисто активным сопротивлением всегда равен нулю

Отсюда следует, что угол между радиус-векторами тока и напряжения также равен нулю.

Тогда, падение напряжения на активном сопротивлении определяется по формуле:

  (1)

где, U-напряжение на элементе цепи,

I – ток через элемент цепи

R – активное сопротивление элемента

Формула (1) применима как для амплитудных, так и для эффективных значений тока и напряжения:

 (2)

где, Um-амплитудное значение напряжения на элементе цепи,

Im – амплитудное значение тока через элемент цепи

R – активное сопротивление элемента

В цепи, содержащей чисто реактивное сопротивление — индуктивное или емкостное, — фазы тока и напряжения сдвинуты друг относительно друга на четверть периода, причем в чисто индуктивной цепи фаза тока отстает от фазы напряжения (рис. 2), а в чисто емкостной цепи фаза тока опережает фазу напряжения (рис. 3).

Рисунок 2. Напряжение и ток в цепи с чисто индуктивным сопротивлением. Фаза тока отстает от фазы напряжения на 90 градусов.

 

Рисунок 3. Напряжение и ток в цепи с чисто емкостным сопротивлением. Фаза тока опережает фазу напряжения на угол 90 градусов.

Отсюда следует, что в чисто реактивной цепи угол между радиус-векторами тока и напряжения всегда равен 90°, причем в чисто индуктивной цепи радиус-вектор тока при вращении движется позади радиус-вектора напряжения, а в чисто емкостной цепи он движется впереди радиус-вектора напряжения.

Падения напряжения на индуктивном и емкостном сопротивлениях определяются соответственно по формулам:

 
 (3)
 

 (4)

где — UL-падение напряжение на чисто индуктивном сопротивлении ;

UС—падение напряжения на чисто емкостном сопротивлении;

I— значение тока в через реактивное сопротивление;

L— индуктивность реактивного элемента;

C— емкость реактивного элемента;

ω— циклическая частота.

Эти формулы применимы как для амплитудных, так и для эффективных значений тока и напряжения синусоидальной формы. Однако здесь следует отметить, что они ни в коем случае не применимы для мгновенных значений тока и напряжения, а также и для несинусоидальных токов.

Приведенные выше формулы являются частными случаями закона Ома для переменного тока.

Следовательно, полный закон Ома для переменного тока будет иметь вид:

(5)

Где Z – полное сопротивление цепи переменного тока.

Теперь остается только вычистислить полное сопротивление цепи, а оно зависит непосредсвенно от какие активные и реактивные элементы присутсвуют в цепи и как они соединены.

Закон Ома для различных типовых цепей переменного тока

Давайте выясним, как будет выглядеть закон Ома для цепи переменного тока, состоящей из активного и индуктивного сопротивлений, соединенных последовательно (рис. 4.)

Рисунок 4. Цепь переменного тока с последовательным соединением активного и индуктивного сопротивления.

Закон Ома для переменного синусоидального тока в случае последовательного соединения активного и индуктивного сопротивлений выражается следующей формулой:

 

(6)

где —эффективное значение силы тока в А;

U—эффективное значение напряжения в В;

R—активное сопротивление в Ом;

ωL—индуктивное сопротивление в ом.

Формула (6) будет также действительной, если в нее подставить амплитудные значения тока и напряжения.

В цепи, изображенной на рис. 5, соединены последовательно активное и емкостное сопротивления.

Рисунок 5. Цепь переменного тока с последовательным соединением активного и емкосного сопротивления.

А закон Ома для такой цепи принимает вид:

(7)

В общем случае, когда цепь содержит все три вида сопротивлений (рис. 6),

Рисунок 6. Цепь переменного тока с последовательным соединением активного, индуктивного и емкосного сопротивления.

Закон Ома при последовательном соединении активного, индуктивного и емкостного сопротивлений будет выглядеть так:

(8)

где I-сила тока в А;

U-напряжение в В;

R-активное сопротивление в Ом;

ωL-индуктивное сопротивление в Ом;

1/ωС-емкостное сопротивление в Ом.

Формула (8) верна только для эффективных и амплитудных значений синусоидального тока и напряжения.

Для того, что бы определить ток в цепях с параллельным соединением элементов (рисунок 7), то необходимо так же вычислить полное сопротивление цепи, как это делать можно прсмотреть здесь, зтем подставить значение полного сопротивления в общую формулу для закона Ома (5).

Рисунок 7. Полное сопротивление цепи при параллельном соединении активного и реактивных элементов. а) — параллельное соединение R и L; б) — параллельное соединение R и C.

 

Тоже самое касается и вычисления тока в колебательном контуре изображенном на рисунке 8.

Рисунок 8. Эквивалентная схема колебательного контура.

 

Таким образом закон Ома для переменного тока можно сформулировать следующим образом.

Значение тока в цепи переменного тока прямо пропорционально напряжению в цепи (или на участке цепи) и обратно пропорционально полному сопротивлению цепи (участка цепи)

 

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

1. Какая связь существует между напряжением, током и сопротивлением? | 2. Закон Ома | Часть1

1. Какая связь существует между напряжением, током и сопротивлением?

Какая связь существует между напряжением, током и сопротивлением?

Электрическая цепь считается сформированной тогда, когда создан такой проводящий путь, который позволяет свободным электронам непрерывно перемещаться. Это непрерывное движение свободных электронов по проводникам цепи называется током. Иногда его, по аналогии с потоком воды через трубу, называют «потоком».

Сила побуждающая электроны «течь» по цепи называется напряжением. Напряжение — это определённая мера потенциальной энергии, которая всегда взаимосвязана с двумя точками цепи. Когда мы говорим что в схеме присутствует определенная величина напряжения, мы имеем в виду величину потенциальной энергии, необходимой для перемещения электронов из одной точки цепи в другую. Без привязки к двум конкретным точкам цепи термин «напряжение» не имеет смысла.

При движении свободных электронов через проводники, определенное воздействие на них оказывает сила трения, которая препятствует движению. Это противодействие движению называется сопротивлением. Величина тока в цепи зависит от величины напряжения, заставляющего электроны двигаться, а так же от величины сопротивления, тормозящего поток электронов. Так же как и напряжение, сопротивление взаимосвязано с двумя точками цепи.

Чтобы конкретизировать понятия величины тока, напряжения и сопротивления, мы должны присвоить им единицы измерения, точно также, как единицы измерения присвоены массе, температуре, объему, длине и другим видам физических величин. Например, для массы мы используем единицу измерения «килограмм» или «грамм», для температуры — градус Фаренгейта или градус Цельсия. Стандартные единицы измерения силы тока, напряжения и сопротивления приведены в таблице:

«Обозначение» каждой величины — это буква латинского алфавита, которая используется для представления величины в алгебраическом уравнении. Использование латинских букв в физических и технических дисциплинах признано на международном уровне. «Аббревиатура» представляет собой первую букву единицы измерения на русском и английском языках. Исключение составляет аббревиатура слова Ом, которую в английской версии представляет буква греческого алфавита.

Каждая единица измерения названа в честь известного экспериментатора в области электроники: Ампер — в честь француза Ампера Андре Мари, Вольт — в честь итальянца Алессандро Вольта, Ом — в честь немца Ома Георга Симона.

Обозначение каждой величины имеет определенный смысл. Буква «R» (resistance) для сопротивления говорит сама за себя. Напряжение в нашей стране обозначается буквой «U», а за границей оно обозначается буквой «V» (voltage), что тоже говори само за себя. Что касается буквы «I» для обозначения силы тока, и буквы «E» — для второго обозначения напряжения, то они немного не вписываются в это правило. «I», как многие полагают, означает  «Intensity» (Интенсивность (потока электронов)), а «E» — «Electromotive force» (Электродвижущую силу). Обозначения «E» и «U» по большей части являются взаимозаменяемыми, однако, некоторые радиолюбители резервируют букву «E» для обозначения напряжения источника питания (батареи, генератора и др. ), а буквой «U» обозначают напряжение чего-нибудь еще.

Все эти обозначения используют заглавные буквы, кроме случаев, когда величина (особенно напряжения или тока) описывается в пределах короткого промежутка времени (так называемое «мгновенное» значение). Например, стабильное на протяжении длительного периода времени напряжение батареи обозначается заглавной буквой «E», а пиковое напряжение в момент удара молнии в линию электропередач скорее всего  будет обозначено строчной буквой «e» (или «u»). Это же правило применяется и к силе тока, где строчная буква «i» обозначает силу тока в определенный момент времени. Большинство измерений постоянного тока (DC) обозначается заглавными буквами, потому что он стабилен с течением времени.

Одной из основополагающих, но редко используемых единиц измерения в электронике является кулон. Кулон это мера электрического заряда, он пропорционален количеству свободных электронов. Один кулон равен 6,250,000,000,000,000,000 электронов. Величина электрического заряда обозначается буквой «Q», а аббревиатура кулона — буква «C» (coulomb). 1 Амер (единица измерения потока электронов) равен 1 Кулону электронов, проходящих через определенную точку цепи за 1 секунду времени. Иными словами, электрический ток — это скорость движения электрического заряда через проводник.

Как было сказано выше, напряжение — это количество потенциальной энергии на единицу электрического заряда, необходимой для перемещения электронов из одной точки цепи  в другую. Поэтому, прежде чем мы сможем точно определить что из себя представляет «Вольт», мы должны понять, как измерить величину называемую «потенциальной энергией». Общей единицей измерения для любой энергии является джоуль. Джоуль равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной одному ньютону, на расстояние одного метра в направлении действия силы.  Исходя из вышеприведенного определения напряжения, 1 Вольт равен 1 Джоулю электрической потенциальной энергии на (деленному на) 1 Кулон заряда. Таким образом, 9-вольтовая батарея затрачивает 9 джоулей энергии на перемещение каждого кулона электронов через цепь.

Рассмотренные обозначения и единицы измерения электрических величин очень важно знать, так как мы, с настоящего момента, начинаем исследовать соотношения между ними в электрических цепях. Первым, и возможно самым важным соотношением между током, напряжением и сопротивлением является закон Ома, открытый и опубликованный Георгом Симоном Омом в 1827 году. Основным открытием Ома было то, что сила тока в проводнике прямопропорциональна напряжению, приложенному к его концам. Ом выразил своё открытие в виде простого уравнения, описывающего взаимосвязь тока, напряжения и сопротивления:

В этом алгебраическом выражении сила тока (I) прямопропорциональна напряжению (U) и обратно пропорциональна сопротивлению (R). Используя формулу закона Ома и методы алгебры, можно вычислить напряжение и сопротивление:

Давайте посмотрим, как эти уравнения работают при анализе простых электрических схем:

В приведенной выше схеме есть только один источник напряжения (батарея слева) и одно сопротивление току (лампа справа). Это делает ее очень простой в применении закона Ома. Если нам известны значения любых двух из трех величин (силы тока, напряжения и сопротивления) в этой схеме, то используя закон Ома, мы можем вычислить третью.

В первом примере мы вычислим силу тока (I) при заданных значениях напряжения (U) и сопротивления (R):

Чему равна сила тока (I) в этой схеме?

Во втором примере мы вычислим сопротивление (R) при заданных значениях напряжения (U) и силы тока (I):

Чему равно сопротивление (R) лампы?

В последнем примере мы вычислим величину поставляемого батареей напряжения (U) при заданных значениях силы тока (I) и сопротивления (R):

Чему равно поставляемое батареей напряжение (U)?

Закон Ома очень простой и полезный инструмент для анализа электрических цепей. Он так часто используется при обучении электронике, что намертво врезается в память серьезных студентов. Для тех-же, кто не дружит с алгеброй, существует небольшая уловка для запоминания этого закона. Единственное что нужно сделать, это заключить буквы U, I  и R  в треугольник следующим образом:

Если вам известны значения U и I, и нужно вычислить R, то просто зачеркните эту букву в треугольнике, и вы увидите что нужно сделать:

Аналогичным образом можно вычислить значения I и U:

Краткий обзор:

  • Напряжение измеряется в вольтах, и обозначается буквами «E» или «U».

  • Сила тока измеряется в амперах, и обозначается буквой «I».

  • Сопротивление измеряется в омах, и обозначается буквой «R».

  • Закон Ома: I = E/R ; U = IR ; R = E/I.

Активное сопротивление. Действующие значения силы тока и напряжения

Активное сопротивление. Действующие значения силы тока и напряжения

Подробности
Просмотров: 641

«Физика — 11 класс»

Активное сопротивление

Сила тока в цепи с резистором

Есть цепь, состоящая из соединительных проводов и нагрузки с малой индуктивностью и большим сопротивлением R.

Сопротивление R называется активным сопротивлением, т.к. при наличии нагрузки, обладающей этим сопротивлением, цепь поглощает энергию, поступающую от генератора.
Эта энергия превращается во внутреннюю энергию проводников — они нагреваются.
Напряжение на зажимах цепи меняется по гармоническому закону:

u = Um cos ωt

Мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения.
По закону Ома мгновенное значение силы тока:

В проводнике с активным сопротивлением колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения, а амплитуда силы тока определяется равенством

Мощность в цепи с резистором

В цепи переменного тока промышленной частоты (v = 50 Гц) сила тока и напряжение меняются.
При прохождении тока по проводнику, например по нити электрической лампочки, количество выделенной энергии также будет меняться во времени.

Мощность в цепи постоянного тока на участке с сопротивлением R определяется формулой

Р = I2R

Мгновенная мощность в цепи переменного тока на участке, имеющем активное сопротивление R, определяется формулой

Р = i2R

Cреднее значение мощности за период (используем формулу для мгновенного значения силы тока и выражение ):

График зависимости мгновенной мощности от времени (рис. а):

Согласно графику (рис.б) среднее за период значение cos 2ωt равно нулю, а значит равно нулю второе слагаемое в формуле для среднего значения мощности за период.

Тогда средняя мощность равна:

Действующие значения силы тока и напряжения.

Среднее за период значение квадрата силы тока:

Величина, равная квадратному корню из среднего значения квадрата силы тока, называется действующим значением силы переменного тока.
Действующее значение силы переменного тока обозначается через I:

Действующее значение силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, при котором в проводнике выделяется то же количество теплоты, что и при переменном токе за то же время.

Действующее значение переменного напряжения определяется аналогично:

Закон Ома для участка цепи переменного тока с резистором в действующих значениях:

В случае электрических колебаний важны общие характеристики колебаний, такие, как амплитуда, период, частота, действующие значения силы тока и напряжения, средняя мощность.
Именно действующие значения силы тока и напряжения регистрируют амперметры и вольтметры переменного тока.

Действующие значения непосредственно определяют среднее значение мощности Р переменного тока:

р = I2R = UI.

Итак:
Колебания силы тока в цепи с резистором совпадают по фазе с колебаниями напряжения, а мощность определяется действующими значениями силы тока и напряжения.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин



Электромагнитные колебания. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур. Превращение энергии при электромагнитных колебаниях — Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями — Уравнение, описывающее процессы в колебательном контуре. Период свободных электрических колебаний — Переменный электрический ток — Активное сопротивление. Действующие значения силы тока и напряжения — Конденсатор в цепи переменного тока — Катушка индуктивности в цепи переменного тока — Резонанс в электрической цепи — Генератор на транзисторе. Автоколебания — Краткие итоги главы

Как найти сопротивление тока. Сопротивление тока: формула

Одним из физических свойств вещества является способность проводить электрический ток. Электропроводимость (сопротивление проводника) зависит от некоторых факторов: длины электрической цепи, особенностей строения, наличия свободных электронов, температуры, тока, напряжения, материала и площади поперечного сечения.

Протекание электрического тока через проводник приводит к направленному движению свободных электронов. Наличие свободных электронов зависит от самого вещества и берется из таблицы Д. И. Менделеева, а именно из электронной конфигурации элемента. Электроны начинают ударяться о кристаллическую решетку элемента и передают энергию последней. В этом случае возникает тепловой эффект при действии тока на проводник.

При этом взаимодействии они замедляются, но затем под действием электрического поля, которое их ускоряет, начинают двигаться с той же скоростью. Электроны сталкиваются огромное количество раз. Этот процесс и называется сопротивлением проводника.

Следовательно, электрическим сопротивлением проводника считается физическая величина, характеризующая отношение напряжения к силе тока.

Что такое электрическое сопротивление: величина, указывающая на свойство физического тела преобразовывать энергию электрическую в тепловую, благодаря взаимодействию энергии электронов с кристаллической решеткой вещества. По характеру проводимости различаются:

  1. Проводники (способны проводить электрический ток, так как присутствуют свободные электроны).
  2. Полупроводники (могут проводить электрический ток, но при определенных условиях).
  3. Диэлектрики или изоляторы (обладают огромным сопротивлением, отсутствуют свободные электроны, что делает их неспособными проводить ток).

Обозначается эта характеристика буквой R и измеряется в Омах (Ом) . Применение этих групп веществ является очень значимым для разработки электрических принципиальных схем приборов.

Для полного понимания зависимости R от чего-либо нужно обратить особое внимание на расчет этой величины.

Расчет электрической проводимости

Для расчета R проводника применяется закон Ома, который гласит: сила тока (I) прямо пропорциональна напряжению (U) и обратно пропорциональна сопротивлению.

Формула нахождения характеристики проводимости материала R (следствие из закона Ома для участка цепи): R = U / I.

Для полного участка цепи эта формула принимает следующий вид: R = (U / I) — Rвн, где Rвн — внутреннее R источника питания.

Способность проводника к пропусканию электрического тока зависит от многих факторов: напряжения, тока, длины, площади поперечного сечения и материала проводника, а также от температуры окружающей среды.

В электротехнике для произведения расчетов и изготовления резисторов учитывается и геометрическая составляющая проводника.

От чего зависит сопротивление: от длины проводника — l, удельного сопротивления — p и от площади сечения (с радиусом r) — S = Пи * r * r.

Формула R проводника: R = p * l / S.

Из формулы видно, от чего зависит удельное сопротивление проводника: R, l, S. Нет необходимости его таким способом рассчитывать, потому что есть способ намного лучше. Удельное сопротивление можно найти в соответствующих справочниках для каждого типа проводника (p — это физическая величина равная R материала длиною в 1 метр и площадью сечения равной 1 м².

Однако этой формулы мало для точного расчета резистора, поэтому используют зависимость от температуры.

Влияние температуры окружающей среды

Доказано, что каждое вещество обладает удельным сопротивлением, зависящим от температуры.

Для демонстрации это можно произвести следующий опыт. Возьмите спираль из нихрома или любого проводника (обозначена на схеме в виде резистора), источник питания и обычный амперметр (его можно заменить на лампу накаливания). Соберите цепь согласно схеме 1.

Схема 1 — Электрическая цепь для проведения опыта

Необходимо запитать потребитель и внимательно следить за показаниями амперметра. Далее следует нагревать R, не отключая, и показания амперметра начнут падать при росте температуры. Прослеживается зависимость по закону Ома для участка цепи: I = U / R. В данном случае внутренним сопротивлением источника питания можно пренебречь: это не отразится на демонстрации зависимости R от температуры. Отсюда следует, что зависимость R от температуры присутствует.

Физический смысл роста значения R обусловлен влиянием температуры на амплитуду колебаний (увеличение) ионов в кристаллической решетке. В результате этого электроны чаще сталкиваются и это вызывает рост R.

Согласно формуле: R = p * l / S, находим показатель, который зависит от температуры (S и l — не зависят от температуры). Остается p проводника. Исходя из это получается формула зависимости от температуры: (R — Ro) / R = a * t, где Ro при температуре 0 градусов по Цельсию, t — температура окружающей среды и a — коэффициент пропорциональности (температурный коэффициент).

Для металлов «a» всегда больше нуля, а для растворов электролитов температурный коэффициент меньше 0.

Формула нахождения p, применяемая при расчетах: p = (1 + a * t) * po, где ро — удельное значение сопротивления, взятое из справочника для конкретного проводника. В этом случае температурный коэффициент можно считать постоянным. Зависимость мощности (P) от R вытекает из формулы мощности: P = U * I = U * U / R = I * I * R. Удельное значение сопротивления еще зависит и от деформаций материала, при котором нарушается кристаллическая решетка.

При обработке металла в холодной среде при некотором давлении происходит пластическая деформация. При этом кристаллическая решетка искажается и растет R течения электронов. В этом случае удельное сопротивление также увеличивается. Этот процесс является обратимым и называется рекристаллическим отжигом, благодаря которому часть дефектов уменьшается.

При действии на металл сил растяжения и сжатия последний подвергается деформациям, которые называются упругими. Удельное сопротивление уменьшается при сжатии, так как происходит уменьшение амплитуды тепловых колебаний. Направленным заряженным частицам становится легче двигаться . При растяжении удельное сопротивление увеличивается из-за роста амплитуды тепловых колебаний.

Еще одним фактором, влияющим на проводимость, является вид тока, проходящего по проводнику.

Сопротивление в сетях с переменным током ведет себя несколько иначе, ведь закон Ома применим только для схем с постоянным напряжением. Следовательно, расчеты следует производить иначе.

Полное сопротивление обозначается буквой Z и состоит из алгебраической суммы активного, емкостного и индуктивного сопротивлений.

При подключении активного R в цепь переменного тока под воздействием разницы потенциалов начинает течь ток синусоидального вида. В этом случае формула выглядит: Iм = Uм / R, где Iм и Uм — амплитудные значения силы тока и напряжения. Формула сопротивления принимает следующий вид: Iм = Uм / ((1 + a * t) * po * l / 2 * Пи * r * r).

Емкостное сопротивление (Xc) обусловлено наличием в схемах конденсаторов. Необходимо отметить, что через конденсаторы проходит переменный ток и, следовательно, он выступает в роли проводника с емкостью.

Вычисляется Xc следующим образом: Xc = 1 / (w * C), где w — угловая частота и C — емкость конденсатора или группы конденсаторов. Угловая частота определяется следующим образом:

  1. Измеряется частота переменного тока (как правило, 50 Гц).
  2. Умножается на 6,283.

Индуктивное сопротивление (Xl) — подразумевает наличие индуктивности в схеме (дроссель, реле, контур, трансформатор и так далее). Рассчитывается следующим образом: Xl = wL, где L — индуктивность и w — угловая частота. Для расчета индуктивности необходимо воспользоваться специализированными онлайн-калькуляторами или справочником по физике. Итак, все величины рассчитаны по формулам и остается всего лишь записать Z: Z * Z = R * R + (Xc — Xl) * (Xc — Xl).

Для определения окончательного значения необходимо извлечь квадратный корень из выражения: R * R + (Xc — Xl) * (Xc — Xl). Из формул следует, что частота переменного тока играет большую роль, например, в схеме одного и того же исполнения при повышении частоты увеличивается и ее Z. Необходимо добавить, что в цепях с переменным напряжением Z зависит от таких показателей:

  1. Длины проводника.
  2. Площади сечения — S.
  3. Температуры.
  4. Типа материала.
  5. Емкости.
  6. Индуктивности.
  7. Частоты.

Следовательно и закон Ома для участка цепи имеет совершенно другой вид: I = U / Z . Меняется и закон для полной цепи.

Расчеты сопротивлений требуют определенного количества времени, поэтому для измерений их величин применяются специальные электроизмерительные приборы, которые называются омметрами. Измерительный прибор состоит из стрелочного индикатора, к которому последовательно включен источник питания.

Измеряют R все комбинированные приборы , такие как тестеры и мультиметры. Обособленные приборы для измерения только этой характеристики применяются крайне редко (мегаомметр для проверки изоляции силового кабеля).

Прибор применяется для прозвонки электрических цепей на предмет повреждения и исправности радиодеталей, а также для прозвонки изоляции кабелей.

При измерении R необходимо полностью обесточить участок цепи во избежание выхода прибора из строя. Для это необходимо предпринять следующие меры предосторожности:

В дорогих мультиметрах есть функция прозвонки цепи, дублируемая звуковым сигналом, благодаря чему нет необходимости смотреть на табло прибора.

Таким образом, электрическое сопротивление играет важную роль в электротехнике. Оно зависит в постоянных цепях от температуры, силы тока, длины, типа материала и площади поперечного сечения проводника . В цепях переменного тока эта зависимость дополняется такими величинами, как частота, емкость и индуктивность. Благодаря этой зависимости существует возможность изменять характеристики электричества: напряжение и силу тока. Для измерений величины сопротивления применяются омметры, которые используются также и при выявлении неполадок проводки, прозвонки различных цепей и радиодеталей.

Одной из основных характеристик электрической цепи является сила тока. Она измеряется в амперах и определяет нагрузку на токопроводящие провода, шины или дорожки плат. Эта величина отражает количество электричества, которое протекло в проводнике за единицу времени. Определить её можно несколькими способами в зависимости от известных вам данных. Соответственно студенты и начинающие электрики из-за этого часто сталкиваются с проблемами при решении учебных заданий или практических ситуаций. В этой статье мы и расскажем, как найти силу тока через мощность и напряжение или сопротивление.

Если известна мощность и напряжение

Допустим вам нужно найти силу тока в цепи, при этом вам известны только напряжение и потребляемая мощность. Тогда чтобы её определить без сопротивления воспользуйтесь формулой:

После несложных мы получаем формулу для вычислений

Следует отметить, что такое выражение справедливо для цепей постоянного тока. Но при расчётах, например, для электродвигателя учитывают его полную мощность или косинус Фи. Тогда для трёхфазного двигателя его можно рассчитать так:

Находим P с учетом КПД, обычно он лежит в пределах 0,75-0,88:

Р1 = Р2/η

Здесь P2 – активная полезная мощность на валу, η – КПД, оба этих параметра обычно указывают на шильдике.

Находим полную мощность с учетом cosФ (он также указывается на шильдике):

S = P1/cosφ

Определяем потребляемый ток по формуле:

Iном = S/(1,73·U)

Здесь 1,73 – корень из 3 (используется для расчетов трёхфазной цепи), U – напряжение, зависит от включения двигателя (треугольник или звезда) и количества вольт в сети (220, 380, 660 и т.д.). Хотя в нашей стране чаще всего встречается 380В.

Если известно напряжение или мощность и сопротивление

Но встречаются задачи, когда вам известно напряжение на участке цепи и величина нагрузки, тогда чтобы найти силу тока без мощности воспользуйтесь , с его помощью проводим расчёт силы тока через сопротивление и напряжение.

Но иногда случается так, что нужно определить силу тока без напряжения, то есть когда вам известна только мощность цепи и её сопротивление. В этом случае:

При этом согласно тому же закону Ома:

P=I 2 *R

Значит расчёт проводим по формуле:

I 2 =P/R

Или возьмем выражение в правой части выражения под корень:

I=(P/R) 1/2

Если известно ЭДС, внутреннее сопротивление и нагрузка

Ко студенческим задачам с подвохом можно отнести случаи, когда вам дают величину ЭДС и внутреннее сопротивление источника питания. В этом случае вы можете определить силу тока в схеме по закону Ома для полной цепи:

I=E/(R+r)

Здесь E – ЭДС, r – внутреннее сопротивление источника питания, R – нагрузки.

Закон Джоуля-Ленца

Еще одним заданием, которое может ввести в ступор даже более-менее опытного студента – это определить силу тока, если известно время, сопротивление и количество выделенного тепла проводником. Для этого вспомним .

Его формула выглядит так:

Q=I 2 Rt

Тогда расчет проводите так:

I 2 =QRt

Или внесите правую часть уравнения под корень:

I=(Q/Rt) 1/2

Несколько примеров

В качестве заключения предлагаем закрепить полученную информацию на нескольких примерах задач, в которых нужно найти силу тока.

Из условия ясно, что нужно привести два варианта ответа для каждого из вариантов соединений. Тогда чтобы найти ток при последовательном соединении, сначала складывают сопротивления схемы, чтобы получить общее.

I=U/R=12/3=4 Ампера

При параллельном соединении двух элементов Rобщее можно рассчитать так:

Rобщ=(R1*R2)/(R1+R2)=1*2/3=2/3=0,67

Тогда дальнейшие вычисления можно проводить так:

В первую очередь нужно найти R общее параллельно соединенных R2 и R3, по той же формуле, что мы использовали выше.

В своей работе электрик часто сталкивается с вычислением различных величин и преобразований. Так для корректного подбора кабеля приходится подбирать нужное сечение. Логика выбора сечения основана на зависимости сопротивления от длины линии и площади сечения проводника. В этой статье мы рассмотрим, как выполняется расчет сопротивления провода по его геометрическим размерам.

Формула для расчета

Любые вычисления начинаются с формулы. Основной формулой для расчета сопротивления проводника является:

R=(ρ*l)/S

Где R – сопротивление в Омах, ρ – удельное сопротивление, l – длина в м, S – площадь поперечного сечения провода в мм 2 .

Эта формула подходит для расчета сопротивления провода по сечению и длине. Из неё следует, что в зависимости от длины изменяется сопротивление, чем длиннее – тем больше. И от площади сечения – наоборот, чем толще провод (большое сечение), тем меньше сопротивление. Однако непонятной остаётся величина, обозначенная буквой ρ (Ро).

Удельное сопротивление

Удельное сопротивление – это табличная величина, для каждого металла она своя. Она нужна для расчета и зависит от кристаллической решетки металла и структуры атомов.

Из таблицы видно, что самое меньшее сопротивление у серебра, для медного кабеля оно равняется 0,017 Ом*мм 2 /м. Такая размерность говорит нам, сколько приходится Ом при сечении в 1 миллиметр квадратный и длине в 1 метр.

Кстати, серебряное покрытие используется в контактах коммутационных аппаратов, автоматических выключателей, реле и прочего. Это снижает , повышает срок службы и уменьшает . При этом в контактах измерительной и точной аппаратуры используют позолоченные контакты из-за того, что они слабо окисляются или вообще не окисляются.

У алюминия, который часто использовался в электропроводке раньше, сопротивление в 1,8 раза больше чем у меди, равняется 2,82*10 -8 Ом*мм 2 /м. Чем больше сопротивление проводника, тем сильнее он греется. Поэтому при одинаковом сечении алюминиевый кабель может передать меньший ток, чем медный, это и стало основной причиной почему все современные электрики используют . У нихрома, который используется в нагревательных приборах оно в 100 раз больше чем у меди 1,1*10 -6 Ом*мм 2 /м.

Расчет по диаметру

На практике часто бывает так, что площадь поперечного сечения жилы не известна. Без этого значения ничего рассчитать не получится. Чтобы узнать её, нужно измерить диаметр. Если жила тонка, можно взять гвоздь или любой другой стержень, намотать на него 10 витков провода, обычной линейкой измерить длину получившейся спирали и разделить на 10, так вы узнаете диаметр.

Ну, или просто замерить штангенциркулем. Расчет сечения выполняется по формуле:

Обязательны ли расчеты?

Как мы уже сказали, сечение провода выбирают исходя из предполагаемого тока и сопротивления металла, из которого изготовлены жилы. Логика выбора заключается в следующем: сечение подбирают таким способом, чтобы сопротивление при заданной длине не приводило к значительным просадкам напряжения. Чтобы не проводить ряд расчетов, для коротких линий (до 10-20 метров) есть достаточно точные таблицы:

В этой таблице указаны типовые значения сечения медных и алюминиевых жил и номинальные токи через них. Для удобства указана мощность нагрузки, которую выдержит эта линия. Обратите внимание на разницу в токах и мощности при напряжении 380В, естественно, что это предполагается трёхфазная электросеть.

Расчет сопротивления провода сводится к использованию пары формул, при этом вы можете скачать готовые калькуляторы из Плэй Маркета для своего смартфона, например, «Electrodroid» или «Мобильный электрик». Эти знания пригодятся для расчетов нагревательных приборов, кабельных линий, предохранителей и даже популярных на сегодняшний день спиралей для электронных сигарет.

Материалы

Ом экспериментально установил закон, согласно которому сила тока, текущего по однородному (в смысле отсутствия сторонних сил) металлическому проводнику, пропорциональна падению напряжения V на проводнике:

Напомним, что в случае однородного проводника напряжение U совпадает с разностью потенциалов (см. (33.6)).

Обозначенная в формуле (34.1) буквой R величина называется электрическим сопротивлением проводника. Единицей сопротивления служит равный сопротивлению такого проводника, в котором при напряжении в 1 В течет ток силой 1 А.

Величина сопротивления зависит от формы и размеров проводника, а также от свойств материала, из которого он сделан. Для однородного цилиндрического проводника

где l — длина проводника, S — площадь его поперечного сечения, — зависящий от свойств материала коэффициент, называемый удельным электрическим сопротивлением вещества. Если то R численно равно . В СИ измеряется в ом-метрах (Ом-м).

Найдем связь между векторами j и Е в одной и той же точке проводника. В изотропном проводнике упорядоченное движение носителей тока происходит в направлении вектора Е.

Поэтому на правления векторов j и Е совпадают Выделим мысленно в окрестности некоторой точки элементарный цилиндрический объем с образующими, параллельными векторам j и Е (рис. 34.1). Через поперечное сечение цилиндра течет ток силой . Напряжение, приложенное к цилиндру, равно , где Е — напряженность поля в данном месте. Наконец, сопротивление цилиндра, согласно формуле (34.2), равно . Подставив эти значения в формулу (34.1), придем к соотношению

Воспользовавшись тем, что векторы j и Е имеют одинаковое направление, можно написать

Эта формула выражает закон Ома в дифференциальной форме.

Фигурирующая в (34.3) обратная величина называется удельной электрической проводимостью материала. Единица, обратная ому, называется сименсом (См). Соответственно единицей о является сименс на метр (См/м).

Допустим для простоты, что в проводнике имеются носители лишь одного знака. Согласно формуле (31.5) плотность тока в этом случае равна

Сравнение этого выражения с формулой (34.3) приводит к выводу, что скорость упорядоченного движения носителей тока пропорциональна напряженности поля Е, т. е. силе, сообщающей носителям упорядоченное движение. Пропорциональность скорости приложенной к телу силе наблюдается в тех случаях, когда кроме силы, вызвавшей движение, на тело действует сила сопротивления среды. Эта сила вызывается взаимодействием носителей тока с частицами, из которых построено вещество проводника. Наличие силы сопротивления упорядоченному движению носителей тока обусловливает электрическое сопротивление проводника.

Способность вещества проводить электрический ток характеризуется его удельным сопротивлением либо удельной проводимостью .

Их величина определяется химической природой вещества и условиями, в частности температурой, при которых оно находится.

Для большинства металлов при температурах, близких к комнатной, изменяется пропорционально абсолютной температуре Т:

При низких температурах наблюдаются отступления от этой закономерности (рис. 34.2). В большинстве случаев зависимость от Т следует кривой. Величина остаточного сопротивления рост в сильной степени зависит от чистоты материала и наличия остаточных механических напряжений в образце. Поэтому после отжига рост заметно уменьшается. У абсолютно чистого металла с идеально правильной кристаллической решеткой при абсолютном нуле

У большой группы металлов и сплавов при температуре порядка нескольких кельвинов сопротивление скачков обращается в нуль (кривая 2 на рис. 34.2). Впервые это явление, названное сверхпроводимостью, было обнаружено в 1911 г. Камерлинг-Оннесом для ртути. В дальнейшем сверхпроводимость была обнаружена у свинца, олова, цинка, алюминия и других металлов, а также у ряда сплавов. Для каждого сверхпроводника имеется своя критическая температура Т при которой он переходит в сверхпроводящее состояние. При действии на сверхпроводник магнитного поля сверхпроводящее состояние нарушается. Величина критического поля разрушающего сверхпроводимость, равна нулю при и растет с понижением температуры.

Полное теоретическое объяснение сверхпроводимости было дано академиком Н. Н. Боголюбовым и независимо от него Дж. Бардином, Л. Купером и Дж. Шриффером (см. § 56 тома 3).

Зависимость электрического сопротивления от температуры положена в основу термометров сопротивления. Такой термометр представляет собой металлическую (обычно платиновую) проволочку, намотанную на фарфоровый или слюдяной каркас. Проградуированный по постоянным температурным точкам термометр сопротивления позволяет измерять с погрешностью порядка несколько сотых градуса как низкие, так и высокие температуры. В последнее время все большее применение находят термометры сопротивления из полупроводников.

Мы начинаем публикацию материалов новой рубрики “” и в сегодняшней статье речь пойдет о фундаментальных понятиях, без которых не проходит обсуждение ни одного электронного устройства или схемы. Как вы уже догадались, я имею ввиду ток, напряжение и сопротивление 😉 Кроме того, мы не обойдем стороной закон, который определяет взаимосвязь этих величин, но не буду забегать вперед, давайте двигаться постепенно.

Итак, давайте начнем с понятия напряжения .

Напряжение.

По определению напряжение – это энергия (или работа), которая затрачивается на перемещение единичного положительного заряда из точки с низким потенциалом в точку с высоким потенциалом (т. е. первая точка имеет более отрицательный потенциал по сравнению со второй). Из курса физики мы помним, что потенциал электростатического поля – это скалярная величина, равная отношению потен­циальной энергии заряда в поле к этому заряду. Давайте рассмотрим небольшой пример:

В пространстве действует постоянное электрическое поле, напряженность которого равна E . Рассмотрим две точки, расположенные на расстоянии d друг от друга. Так вот напряжение между двумя точками представляет из себя ни что иное, как разность потенциалов в этих точках:

В то же время не забываем про связь напряженности электростатического поля и разности потенциалов между двумя точками:

И в итоге получаем формулу, связывающую напряжение и напряженность:

В электронике, при рассмотрении различных схем, напряжение все-таки принято считать как разность потенциалов между точками. Соответственно, становится понятно, что напряжение в цепи – это понятие, связанное с двумя точками цепи. То есть говорить, к примеру, “напряжение в резисторе” – не совсем корректно. А если говорят о напряжении в какой-то точке, то подразумевают разность потенциалов между этой точкой и “землей” . Вот так плавно мы вышли к еще одному важнейшему понятию при изучении электроники, а именно к понятию “земля” 🙂 Так вот “землей” в электрических цепях чаще всего принято считать точку нулевого потенциала (то есть потенциал этой точки равен 0).

Давайте еще пару слов скажем о единицах, которые помогают охарактеризовать величину напряжения . Единицей измерения является Вольт (В) . Глядя на определение понятия напряжения мы можем легко понять, что для перемещения заряда величиной 1 Кулон между точками, имеющими разность потенциалов 1 Вольт , необходимо совершить работу, равную 1 Джоулю . С этим вроде бы все понятно и можно двигаться дальше 😉

А на очереди у нас еще одно понятие, а именно ток .

Ток, сила тока в цепи.

Что же такое электрический ток ?

Давайте подумаем, что будет происходить если под действие электрического поля попадут заряженные частицы, например, электроны…Рассмотрим проводник, к которому приложено определенное напряжение :

Из направления напряженности электрического поля (E ) мы можем сделать вывод о том, что title=»Rendered by QuickLaTeX.com»> (вектор напряженности всегда направлен в сторону уменьшения потенциала). На каждый электрон начинает действовать сила:

Где e – это заряд электрона.

И поскольку электрон является отрицательно заряженной частицей, то вектор силы будет направлен в сторону противоположную направлению вектора напряженности поля. Таким образом, под действием силы частицы наряду с хаотическим движением приобретают и направленное (вектор скорости V на рисунке). В результате и возникает электрический ток 🙂

Ток – это упорядоченное движение заряженных частиц под воздействием электрического поля.

Важным нюансом является то, что принято считать, что ток протекает от точки с более положительным потенциалом к точке с более отрицательным потенциалом, несмотря на то, что электрон перемещается в противоположном направлении.

Носителями заряда могут выступать не только электроны. Например, в электролитах и ионизированных газах протекание тока в первую очередь связано с перемещением ионов, которые являются положительно заряженными частицами. Соответственно, направление вектора силы, действующей на них (а заодно и вектора скорости) будет совпадать с направлением вектора E . И в этом случае противоречия не возникнет, ведь ток будет протекать именно в том направлении, в котором движутся частицы 🙂

Для того, чтобы оценить ток в цепи придумали такую величину как сила тока. Итак, сила тока (I ) – это величина, которая характеризует скорость перемещения электрического заряда в точке. Единицей измерения силы тока является Ампер . Сила тока в проводнике равна 1 Амперу , если за 1 секунду через поперечное сечение проводника проходит заряд 1 Кулон .

Мы уже рассмотрели понятия силы тока и напряжения , теперь давайте разберемся каким образом эти величины связаны. И для этого нам предстоит изучить, что же из себя представляет сопротивление проводника .

Сопротивление проводника/цепи.

Термин “сопротивление ” уже говорит сам за себя 😉

Итак, сопротивление – физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать (сопротивляться ) прохождению электрического тока.

Рассмотрим медный проводник длиной l с площадью поперечного сечения, равной S :

Сопротивление проводника зависит от нескольких факторов:

Удельное сопротивление – это табличная величина.

Формула, с помощью которой можно вычислить сопротивление проводника выглядит следующим образом:

Для нашего случая будет равно 0,0175 (Ом * кв. мм / м) – удельное сопротивление меди. Пусть длина проводника составляет 0.5 м , а площадь поперечного сечения равна 0.2 кв. мм . Тогда:

Как вы уже поняли из примера, единицей измерения сопротивления является Ом 😉

С сопротивлением проводника все ясно, настало время изучить взаимосвязь напряжения, силы тока и сопротивления цепи .

И тут на помощь нам приходит основополагающий закон всей электроники – закон Ома:

Сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению рассматриваемого участка цепи.

Рассмотрим простейшую электрическую цепь:

Как следует из закона Ома напряжение и сила тока в цепи связаны следующим образом:

Пусть напряжение составляет 10 В, а сопротивление цепи равно 200 Ом. Тогда сила тока в цепи вычисляется следующим образом:

Как видите, все несложно 🙂

Пожалуй на этом мы и закончим сегодняшнюю статью, спасибо за внимание и до скорых встреч! 🙂

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

Закон Ома

Закон

Ома показывает линейную зависимость между напряжением и током в электрической цепи.

Падение напряжения и сопротивление резистора определяют протекание постоянного тока через резистор.

Используя аналогию с потоком воды, мы можем представить электрический ток как ток воды через трубу, резистор как тонкую трубу, которая ограничивает поток воды, напряжение как разница высот воды, которая обеспечивает течение воды.

Формула закона Ома

Ток I резистора в амперах (A) равен току резистора напряжение V в вольтах (В), деленное на сопротивление R в омах (Ом):

В — падение напряжения на резисторе, измеренное в вольтах (В).В некоторых случаях в законе Ома для обозначения напряжения используется буква E . E обозначает электродвижущую силу.

I — электрический ток, протекающий через резистор, измеренный в амперах (A)

R — сопротивление резистора, измеренное в Ом (Ом)

Расчет напряжения

Зная ток и сопротивление, мы можем рассчитать напряжение.

Напряжение V в вольтах (В) равно току I в амперах (А), умноженному на сопротивление R в омах (Ом):

Расчет сопротивления

Зная напряжение и ток, мы можем рассчитать сопротивление.

Сопротивление R в омах (Ом) равно напряжению V в вольтах (В), деленному на ток I в амперах (A):

Поскольку ток задается значениями напряжения и сопротивления, формула закона Ома может показать, что:

  • Если увеличивать напряжение, ток увеличится.
  • Если мы увеличим сопротивление, ток уменьшится.
Пример # 1

Найдите ток электрической цепи с сопротивлением 50 Ом и напряжением питания 5 Вольт.

Решение:

В = 5 В

R = 50 Ом

I = В / R = 5 В / 50 Ом = 0,1 А = 100 мА

Пример # 2

Найдите сопротивление электрической цепи, имеющей напряжение питания 10 В и ток 5 мА.

Решение:

В = 10 В

I = 5 мА = 0,005 А

R = В / I = 10 В / 0,005 A = 2000 Ом = 2 кОм

Закон Ома для цепи переменного тока

Ток нагрузки I в амперах (A) равен напряжению нагрузки V Z = V в вольтах (В), деленному на полное сопротивление Z в омах (Ω):

В — падение напряжения на нагрузке, измеренное в вольтах (В)

I — электрический ток, измеренный в амперах (A)

Z — полное сопротивление нагрузки, измеренное в Ом (Ом)

, пример # 3

Найдите ток в цепи переменного тока с напряжением питания 110 В ± 70 ° и нагрузкой 0.5кОм∟20 °.

Решение:

В = 110 В 70 °

Z = 0,5 кОм∟20 ° = 500 Ом∟20 °

I = В / Z = 110 В 70 ° / 500 Ом 20 ° = (110 В / 500 Ом) ∟ (70 ° -20 °) = 0,22 А 50 °

Калькулятор закона Ома (краткая форма)

Калькулятор закона

Ома: вычисляет соотношение между напряжением, током и сопротивлением.

Введите 2 значений, чтобы получить третье значение, и нажмите кнопку Рассчитать :

Калькулятор закона Ома II ►


См. Также

Закон Ома — основы


Настроить Около!
ПОИСК

CQ-Calling All Радиолюбители!
О Hamuniverse
Конструкция антенны
Антенна Безопасность!
Спросите у Elmer
Об аккумуляторах
Нормы правил
Компьютерная помощь
Электроника
FCC Информация
Подсказки для радиолюбителей
Юмор
Новости радиолюбителей! Обзоры публикаций

Обзоры продуктов
Видео для радиолюбителей!
HF и Shortwave

Лицензия Study
Links
Midi Music
Читальный зал
Repeater Basics
Повторитель Строители
RFI Советы и Уловки
Ham Satellites
Коротковолновое прослушивание
SSTV
Поддержка сайта
МАГАЗИН
Vhf и более


Политика конфиденциальности

Рекламная информация

Основной закон Ома

Здесь мы попытаемся объяснить закон Ома основы!

Закон Ома может быть очень трудно понять любому, у кого никогда не было базовые знания или обучение основам электричества.Мы предположим что у вас есть некоторые знания в области электричества. Мы объясним это в условия расхода воды! НЕ МОРАТЬСЯ!

Что такое Ом Закон:

Закон Ома составлен из 3 математических уравнений , которые показывают соотношение между электрическим напряжением , текущий и сопротивление .

Что такое напряжение? An анологии был бы огромный резервуар с водой

, наполненный с тысячами галлонов воды высоко на холме.
Разница между давлением воды в баке и водой, выходящей из труба, соединенная снизу, ведущая к крану, определяется размер трубы и размер выходного отверстия крана. Эта разница Давление между ними можно рассматривать как потенциальное напряжение.

Что сейчас? Можно провести аналогию с количество потока, определяемое давлением (напряжением) воды через трубы

, ведущие к крану.Срок ток относится к количеству, объему или интенсивности электрического потока, как в отличие от напряжения, которое относится к силе или «давлению», вызывающим текущий поток.

Что такое сопротивление? Аналогия будет размер водопроводных труб и размер крана. В чем больше труба и кран (меньше сопротивление), тем больше воды поступает из! Чем меньше труба и кран (больше сопротивление), тем меньше воды что выходит! Это можно рассматривать как сопротивление потоку водное течение.


Все три из них: напряжение, ток и сопротивление напрямую взаимодействуют по закону Ома.
Измените любые два из них, и вы получите эффект третий.

Информация: Закон Ома назван в честь баварцев. математик и физик Георг Ом .

Закон Ома может быть заявлено как математических уравнений , все выведены из
тот же принцип.
В следующих уравнениях,
В — напряжение, измеренное в вольт (размер резервуар для воды),

I измеряется ток в

ампер (связано с давлением (Напряжение) воды через трубы и смеситель) и

R измеряется сопротивление в Ом

в зависимости от размера труб и крана:

В = I x R (напряжение = ток, умноженный на Сопротивление)

R = В / I (сопротивление = напряжение, деленное на Текущий)

I = V / R (ток = Напряжение, деленное на сопротивление)

Зная любые два значения цепи , можно определить (вычислить) треть, с помощью Ома Закон.

Например, чтобы найти напряжение в цепь:

Если в цепи есть ток 2 ампера, и сопротивление 1 Ом, (<это два "известных"), то согласно закону Ома и приведенным выше формулам напряжение равно току умноженное на сопротивление:

(В = 2 ампера x 1 Ом = 2 вольт).

Чтобы найти ток в той же цепи выше при условии, что мы не знали его , но мы знаем напряжение и сопротивление:
I = 2 В, разделенное на сопротивление 1 Ом = 2 амперы.

В этом третьем примере мы знаем ток (2 ампера) и напряжение (2 вольта) …. какое сопротивление?
Замена формула:
R = Вольт, деленное на ток (2 вольта делить на 2 ампера = 1 Ом

Иногда очень полезно Свяжите эти формулы Визуально. «Колеса» закона Ома и графика ниже может быть очень полезным инструментом, чтобы пробудить вашу память и помочь вам понять их отношения.



Проводной Коммуникации — отличный источник
для всего вашего разъема потребности!

Колесо наверху разделен на три части:

Вольт V (вверху разделительной линии)
Амперы (амперы) I (внизу слева ниже разделительной линии)
Resistance R (внизу справа под разделительной линией) линия)
X представляет (умножить на знак)
Запомнить это колесо

Чтобы использовать, просто покрыть мысленным взором нужное вам неизвестное количество и то, что осталось это формула для поиска неизвестного.

Пример:

Чтобы найти ток цепи (I), просто закройте секцию I или Amps в ваших шахтах глаза, а то, что остается, — это напряжение V выше разделительной линии и R Ом (сопротивление) ниже него. Теперь подставьте известные значения. Просто разделить известное напряжение на известное сопротивление.
Ваш ответ будет ток в цепи.
Та же процедура используется для поиска вольт или сопротивление цепи!

Вот другой пример:

Вы знаете ток и сопротивление в цепи, но вы хотите узнать Напряжение.

Просто Покройте секцию напряжения мысленным взором … что осталось, это I X R разделы. Просто умножьте значение I на значение R, чтобы получить ответ! Практикуйтесь с колесом, и вы удивитесь, насколько хорошо оно работает. поможет запомнить формулы, не пытаясь!
Это Ома Графический треугольник закона также полезен для изучения формул.
Просто крышка неизвестное значение и следуйте рисунку, как в примерах с желтым колесом. выше.

Вы нужно вставить X между I и R на графике и представить горизонтальная разделительная линия, но основная — это просто тем же.


В указанном выше Вы заметите, что колесо закона Ома имеет добавленную секцию (P) для мощности. и буква E * использовалась вместо буквы V для Напряжение.
Это колесо используется точно так же, как и другие колеса и графика выше.
Вы также заметите в синих / зеленых областях есть только два известных значения с неизвестным значением в желтом разделы. Красные полоски разделяют четыре единицы интерес.

An Пример использования этого колеса:
Допустим, вы знаете мощность и ток в цепи и хотите знать напряжение.
Найдите свой неизвестное значение в желтых областях (V или E * в этом колесе) и просто посмотрите наружу и выберите те ценности, которые вам известны.Это будет P и I. Подставьте свои значения в формулу, (P, деленное на I) выполните математика и у вас есть ответ!

Информация: Обычно закон Ома применяется только к Цепи постоянного тока, а не переменного тока схемы .
* Буква «E» иногда используется в обозначениях закона Ома. для напряжения вместо «V», как в колесе выше.


Проводной Коммуникации — отличный источник для всех ваших потребностей в радиочастотном соединителе! Большой Цены!





Hamuniverse.com использует сеть Green Geeks Хостинг!

Понимание закона Ома — Pi My Life Up

Закон Ома — одна из основ электроники и невероятно удобен для быстрого расчета тока, напряжения или сопротивления цепи. Вам нужно будет знать как минимум два значения.

Закон Ома определяет математическое соотношение между током, напряжением и сопротивлением сети.

Этот закон был назван в честь немецкого физика и математика XIX века Георга Ома. Ом обнаружил взаимосвязь еще в то время, когда не было возможности легко измерить ток, напряжение или сопротивление.

Несмотря на холодный прием при первой публикации, он стал обязательным для всех, кто интересуется электрическими схемами. Закон Ома стал частью нашего нынешнего понимания электрических схем.

Если вы выполняете какие-либо из наших проектов электроники Raspberry Pi, которые связаны со схемами, то этот учебник может оказаться вам полезным.

Что такое закон Ома? Закон

Ома гласит, что ток, проходящий через проводник между двумя точками, прямо пропорционален напряжению в этих двух точках и обратно пропорционален сопротивлению между двумя точками.

Проще говоря, если в цепи удваивается ток, то удваивается и напряжение. Точно так же, если сопротивление в цепи увеличится вдвое, ток упадет вдвое.

Хотя это может показаться немного сложным, фактическая математика, лежащая в основе этой теории, невероятно проста для понимания и запоминания.

Формула закона Ома

К счастью для нас, формула закона Ома невероятно проста для понимания.

Закон Ома можно выразить математической формулой, как показано ниже.

Эта формула говорит, что напряжение ( В, ) равно току ( I ), умноженному на сопротивление ( R ).

Во всех формулах закона Ома мы используем следующие переменные.

  • В = напряжение, выраженное в вольтах.
  • I = ток, выраженный в амперах.
  • R = сопротивление, выраженное в омах.

Хотя формулу можно использовать для расчета напряжения, ею также можно управлять, чтобы вместо этого вычислить ток или сопротивление в цепи.

Для начала давайте изменим формулу так, чтобы мы могли вычислить ток ( I ) цепи.

Мы также можем изменить базовую формулу закона Ома, чтобы мы могли вычислить сопротивление ( R ) цепи.

Калькулятор закона Ома

Чтобы использовать этот калькулятор закона Ома, сначала выберите, хотите ли вы рассчитать напряжение, ток или сопротивление.

При выбранном режиме все, что вам нужно сделать, это ввести два требуемых значения. Калькулятор автоматически рассчитает правильные значения.

Треугольник закона Ома

Один из самых простых способов запомнить три различных формулы закона Ома — это треугольник.

Средний горизонтальный делитель треугольника представляет деление, то есть всякий раз, когда в формуле участвует напряжение ( В, ), все остальные буквы делятся на него.

Например, если мы хотим вычислить ток ( I ), нам нужно разделить напряжение ( В, ) на сопротивление ( R ).

Обведя кружком « I » в треугольнике, мы видим, что формула остается в треугольнике с V над R .

Мы также можем использовать тот же треугольник, чтобы разработать формулу для расчета сопротивления ( R ) цепи.

Обведя сопротивление ( R ), мы можем увидеть формулу, которую мы должны использовать: напряжение ( В, ), деленное на ток ( I )

Вертикальная линия в треугольнике представляет умножение.Эта линия используется только при расчете напряжения (В).

Снова используя треугольник закона Ома, мы можем быстро увидеть формулу, которую нам нужно использовать, обведя кружком « V », поскольку это значение, которое мы хотим вычислить.

Из этого легко понять, что для расчета напряжения ( В, ) все, что нам нужно сделать, это умножить ток ( I ) на сопротивление ( R ).

Пример действия закона Ома

Далее мы рассмотрим три различных примера схем.

Эти примеры будут касаться использования каждого варианта трех различных формул закона Ома.

Пример напряжения

В этом первом примере мы собираемся начать с формулы закона базового сопротивления для расчета напряжения цепи.

Для расчета напряжения нам необходимо знать сопротивление ( R ) и ток ( I ) цепи.

В этой примерной схеме вы можете видеть, что у нас есть сопротивление ( R ) 200 Ом и ток ( I ) 5 А.

Чтобы рассчитать напряжение, нам нужно вставить два наших значения в формулу закона Ома.

После заполнения формулы вы можете видеть, что все, что нам нужно сделать, это умножить 200 на 5 , чтобы рассчитать напряжение.

Умножив сопротивление и ток, мы увидим, что напряжение для схемы в примере равно 1000 Вольт .

Пример тока

В этом втором примере мы будем использовать модифицированную версию формулы закона Ома для расчета тока следующей цепи.

Из этой схемы мы знаем, что сопротивление ( R ) составляет 50 Ом и что напряжение ( В ) составляет 24 В .

Нам нужно поместить эти значения в формулу закона Ома, которая использовалась для вычисления тока ( I ).

Используя значения сопротивления и напряжения, введенные в формулу, мы видим, что нам нужно разделить 24 на 50 , чтобы вычислить ток.

Используя закон Ома, мы вычисляем ток в цепи, равный 0.48 Ампер .

Пример сопротивления

В нашем третьем и последнем примере мы будем использовать третью версию формулы закона Ома. В этом случае мы будем использовать формулу для расчета сопротивления цепи.

Чтобы рассчитать сопротивление цепи, нам нужно знать напряжение ( В, ) и ток ( I ) цепи.

Из этой примерной схемы мы можем видеть, что наша примерная схема имеет ток 10 ампер и напряжение 20 вольт .

Нам нужно вставить эти два значения в формулу сопротивления закона Ома.

Отсюда мы можем рассчитать необходимое нам сопротивление, разделив напряжение 20 на 10 ампер .

Рассчитав это, мы видим, что сопротивление нашей схемы в нашем примере должно быть 2 Ом .

Надеюсь, что теперь у вас есть понимание закона Ома и то, как его использовать. Мы рассмотрели, как можно использовать треугольник закона Ома как простой способ запоминания трех различных формул.

Вы найдете эти уравнения очень удобными в проектах, использующих схемы, таких как все наши проекты Arduino.

Если у вас есть какие-либо советы или отзывы, не стесняйтесь оставлять комментарии ниже.

Закон Ома — Инженерное мышление

Узнайте, как понять закон Ома, как он работает и как его использовать.

Также в конце статьи есть 2 задачи, которые вы можете проверить и решить.

Прокрутите вниз, чтобы просмотреть обучающее видео на YouTube.

Что такое закон Ома

Закон

Ома — это соотношение между напряжением, током и сопротивлением и их взаимосвязь. Закон Ома был разработан немецким физиком по имени Георг Ом, который провел множество экспериментов для развития своей теории, включая измерение тока путем прикосновения к электрическим цепям, чтобы увидеть, насколько это больно. Чем выше ток, тем больнее.

Закон Ома Соотношение между напряжением, током и сопротивлением

Формулы закона Ома

Теперь есть три формулы, которые нам нужно использовать для определения закона Ома.НО нам не нужно помнить об этом, поскольку мы дадим вам очень простой совет буквально через мгновение.

Итак, мы используем следующие три формулы:

  • Напряжение = Ток x Сопротивление
  • Ток = Напряжение / Сопротивление
  • Сопротивление = Напряжение / Ток
Три формулы, используемые для закона Ома

Если это кажется большим, что нужно помнить, не волнуйтесь, потому что вам не нужно запомни их. Все, что вам нужно запомнить, — это треугольник Ома, который выглядит как на изображении ниже.

Итак, вам просто нужно запомнить три буквы в таком порядке, VIR. Затем просто запишите их в треугольник с буквой V вверху и проведите линию, разделяющую их.

На самом деле вам даже не нужно их запоминать, потому что мы сделали БЕСПЛАТНОЕ руководство в формате PDF с некоторыми рабочими примерами, которые вы можете сохранить на своем ПК или мобильном телефоне и получить к нему доступ в любое время. Нажмите здесь, чтобы загрузить

Теперь все, что мы делаем, когда нам нужно использовать формулу, — это прикрывать нужную нам букву.

для определения напряжения

Итак, если мы хотим найти напряжение, мы пишем V = и затем закрываем V в треугольнике, что оставляет нас с I и R. Итак, мы пишем I x R. Это означает, что напряжение = ток, умноженный на сопротивление. Вы можете написать небольшой символ умножения в треугольнике между двумя буквами, если это вам поможет.

Найдите напряжение с помощью закона Ома

Мы знаем, о чем вы думаете. Почему ток представлен буквой I, а не C для тока или даже A для единицы измерения в амперах.Единицей измерения тока является ампер или ампер, названный в честь Андре Ампера, французского физика. Пару сотен лет назад он провел множество экспериментов, многие из которых включали изменение величины электрического тока, поэтому он назвал это интенсивностью куранта или силой тока. Поэтому, когда они опубликовали его работу, они взяли букву I, и она стала стандартом до сих пор.

Вы также можете встретить формулы, в которых буква E используется вместо V. E означает ЭДС или электродвижущую силу, но не беспокойтесь об этом, просто используйте V и замените V на E, если вы видите, что это используется в Вопрос закона Ома.

Иногда «E» используется вместо «V» для закона Ома

. Покрывая V, мы получаем напряжение = ток, умноженный на сопротивление.

Найти текущий

Если мы хотим найти ток, мы записываем I = и затем закрываем букву I. Это дает нам V и R, и поскольку V выше R как дробь, мы можем написать V ÷ R. Следовательно, ток равен Напряжение, деленное на сопротивление.

Найдите ток с помощью закона Ома

Чтобы найти сопротивление

Если мы хотим найти сопротивление, мы пишем R = и закрываем R, что оставляет нас с V и I, поэтому мы пишем V ÷ I, что дает нам сопротивление = напряжение, деленное на ток.

Найдите сопротивление с помощью закона Ома

Давайте рассмотрим несколько примеров использования этих формул. Во-первых, давайте посмотрим, как мы находим напряжение и как оно соотносится с другими частями.

Пример определения напряжения

Допустим, у нас есть простая электрическая схема с батареей и резистором. Однако мы не знаем, какое напряжение у батареи. Сопротивление резистора составляет 3 Ом, и когда мы подключаем мультиметр к цепи, мы видим, что получаем значение 2 А.

Напряжение Треугольник Ома

Мы хотим найти напряжение, поэтому, используя треугольник Ом, мы покрываем V, и это дает нам V = I x R.Мы знаем, что сила тока составляет 2 ампера, поэтому мы записываем это значение и знаем, что сопротивление равно 3 Ом, поэтому мы записываем и это значение. Следовательно, 2А, умноженные на 3 Ом, дают нам 6 Вольт. Таким образом, батарея на 6 В.

Если вы хотите проверить свои ответы, воспользуйтесь нашим БЕСПЛАТНЫМ калькулятором закона Ома. Щелкните здесь .

Если мы удвоим напряжение, подключив две батареи по 6 В последовательно, мы получим 12 В. Если мы теперь подключим его к той же цепи, ток также удвоится с 2А до 4А.Если мы снова удвоим напряжение до 24 В, ток также удвоится до 8 А.

Какие здесь отношения? Мы видим, что ток прямо пропорционален напряжению.

Закон Ома о соотношении тока и напряжения

Помните; напряжение похоже на давление. Это толкающая сила в цепи. Он толкает электроны вокруг проводов, и мы помещаем такие предметы, как лампы, на пути электронов, поэтому они должны проходить через него, и это заставляет лампу загораться.

Удваивая напряжение, мы видим, что ток также удваивается, что означает, что поток электронов увеличивается по мере того, как мы прикладываем большее давление.Так же, как если мы используем насос большего размера, будет течь больше воды.

Поиск текущего примера

Допустим, теперь у нас есть лампа 3 Ом, подключенная к источнику питания 6 В. Чтобы найти ток, запишем I = и закроем I в треугольник. Это дает нам V ÷ R, поэтому ток равен напряжению, разделенному на сопротивление. Мы знаем, что напряжение составляет 6 В, а сопротивление — 3 Ом, поэтому ток равен 2 А, и это то, что мы видим с помощью мультиметра.

Треугольник сопротивления тока

Кстати, если у вас нет мультиметра, мы настоятельно рекомендуем вам его приобрести, он необходим для поиска и устранения неисправностей, а также для повышения ваших знаний в области электротехники.Ниже есть несколько ссылок, по которым можно добраться и откуда.

Итак, мы увидели, что происходит, когда мы используем в цепи сопротивление 3 Ом. Но если мы удвоим сопротивление до 6 Ом, поместив в цепь еще одну лампу на 3 Ом, ток упадет вдвое до 1А.

Если мы снова удвоим сопротивление до 12 Ом, ток снова упадет вдвое до 0,5 А. Мы можем видеть это визуально, потому что лампы станут менее яркими по мере уменьшения тока из-за увеличения сопротивления.

Какие здесь отношения? Мы видим, что ток обратно пропорционален сопротивлению.Когда мы удвоим сопротивление, ток уменьшится вдвое. Если мы уменьшим сопротивление вдвое, ток удвоится.

Закон Ома Взаимосвязь между током и сопротивлением

Ток — это поток электронов или поток свободных электронов. Чтобы лампа засветилась, нам нужно протолкнуть через нее электроны. Как мы это делаем? Мы прикладываем напряжение к обоим концам. Напряжение толкает электроны. Атомы внутри медной проволоки имеют свободные электроны в своей валентной оболочке, что означает, что они могут очень легко перемещаться к другим атомам меди, и они будут естественным образом перемещаться к другим атомам сами по себе, но в случайных направлениях, которые для нас бесполезны.Чтобы лампа включилась, нам нужно, чтобы много электронов текло в одном направлении. Когда мы подключаем источник напряжения, мы используем давление батареи, чтобы протолкнуть электроны по цепи в одном и том же направлении.

Например, для питания этой резистивной лампы на 1,5 Ом с батареей 1,5 В требуется 1 ампер тока, который равен (6 242 000 000 000 000 000) шести квинтиллионам двумстам сорока двум квадриллионам электронов, проходящих от батареи через лампу каждую секунду. чтобы лампа оставалась включенной на полную яркость.Если напряжение или ток уменьшатся или сопротивление цепи увеличится, лампа станет тусклее.

Пример поиска сопротивления

Допустим, у нас есть резистивная лампа, подключенная к источнику питания 12 В. Мы не знаем, какое сопротивление он добавляет к цепи, но мы измеряем ток как 0,5 А.

Закон сопротивления Ома

Чтобы найти сопротивление, мы записываем R = и закрываем R на треугольнике. Остались V и I, поэтому сопротивление = напряжение, деленное на ток.Мы знаем, что напряжение составляет 12 В, а ток — 0,5 А, поэтому 12, разделенное на 0,5, дает нам сопротивление 24 Ом.

Сопротивление — это противодействие потоку электронов. Он пытается помешать течению электронов. Вот почему мы используем резисторы в цепях, чтобы уменьшить ток и защитить такие компоненты, как светодиод. Если мы попытаемся подключить светодиод напрямую к батарее 9 В, он перегорит, потому что напряжение и ток слишком высоки. Но когда мы добавляем резистор в схему, они уменьшаются, поэтому светодиод защищен и будет ярко светить.

Итак, в схеме мы можем увеличить ток, увеличивая напряжение, или мы можем также увеличить ток, но уменьшив сопротивление. Мы также можем уменьшить ток, увеличив сопротивление.

Обзор закона Ома

Проверьте свои навыки

Можете ли вы решить эти проблемы?

Проблема 1) Допустим, у нас есть лампа с сопротивлением 240 Ом. Если мы подключим его к розетке в США, где используется напряжение 120 В, какой будет ток?

Проблема 1

Проблема 2) Если я подключу ту же лампу с резистором 240 Ом к розетке в Великобритании, мы получим ток 0.958A, так какое напряжение подается?

Проблема 2

Решения

Задача 1) Чтобы найти ток, мы используем формулу I = V ÷ R. Мы знаем, что сопротивление R составляет 240 Ом, и мы знаем, что напряжение V равно 120 В, поэтому мы опускаем эти числа в формулу, чтобы получить
I = V ÷ R
I = 120 В ÷ 240 Ом
I = 0,5 A

Задача 2) Чтобы найти напряжение, мы используем формулу V = I x R. Мы знаем, что ток (I) составляет 0,958 А, а сопротивление (R) составляет 240 Ом, поэтому мы опускаем эти числа в формулу, чтобы получить
В = I x R
V = 0.958A x 240 Ом
В = 229,9 В (~ 230 В)


Закон ужасного ома

В предыдущей статье мы рассмотрели формулу мощности и обсудили взаимосвязь между мощностью, напряжением и током. Посмотрев на формулу мощности, теперь есть только одна формула, необходимая для решения практически всех электрических расчетов, это ужасный закон Ома. Мы не будем вдаваться в вывод формулы, но уделите минуту, чтобы прочитать следующую иллюстрацию:

Когда вы откроете кран, подключенный к садовому шлангу без насадки, вы увидите, что вода вытекает из другого конца.Поток воды через шланг подобен потоку электрического тока — электрический ток — это поток электронов через провод.

Если теперь вы положите большой палец на конец шланга и попытаетесь перекрыть поток воды, давление воды, которое вы почувствуете, будет похоже на напряжение. Напряжение — это давление, которое толкает электроны по проводу. Что интересно, если ваш большой палец полностью перекрывает поток воды, давление (напряжение) воды все равно остается. Наличие сопла на конце шланга и прекращение потока воды похоже на то, что к розетке в стене ничего не подключено — нет воды / тока, но давление / напряжение все еще есть.Следует отметить, что напряжение присутствует, даже если нет тока. Другой пример — автомобильный аккумулятор — на любой подключенный к нему провод всегда подается 12 Вольт, независимо от того, какой ток идет.

Вернемся к садовому шлангу. Если теперь переместить большой палец на конец шланга, можно изменить количество выходящей воды. То есть, изменяя сопротивление воде, вы меняете и поток. То же самое и в электрической цепи — измените сопротивление и соответственно изменится ток.Давайте определим электрическое сопротивление как «сопротивление, блокирующее, препятствующее или ограничивающее ток, протекающий по цепи». Примеры сопротивления в цепи — электрическая лампочка или электрический прибор.

Если напряжение (давление воды) остается прежним, ток будет зависеть от сопротивления. Чем больше сопротивление, тем меньше ток. И наоборот, чем меньше сопротивление, тем больше ток. Это похоже на то, что чем больше вы перекрываете конец шланга, тем больше уменьшается поток воды, уменьшение сопротивления увеличивает поток воды.

Если сопротивление остается прежним, ток можно увеличивать или уменьшать, увеличивая или уменьшая напряжение (давление воды).

Георг Симон Ом

В 1827 году немец по имени Георг Симон Ом опубликовал книгу, описывающую взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Эта связь теперь известна как закон Ома. Закон Ома гласит, что ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.

Математически это выглядит так:

Ток = напряжение / сопротивление

Символы и единицы измерения напряжения и тока такие же, как и в формуле мощности.Обратите внимание на стандартные термины сопротивления.

Имя Символ Единицы измерения
Текущий I ампер или ампер (A)
Напряжение В вольт (В)
Сопротивление R Ом (Ом)

Следовательно, мы можем быстро записать эту формулу как:

I =
В / R

Популярный способ запомнить эту формулу и ее производные — это показанный здесь треугольник.Какую бы характеристику вы ни искали, прикройте ее пальцем, и формула, которая вам нужна, останется.

Пример 1. Чтобы найти напряжение в цепи, зная сопротивление и ток, коснитесь пальцем буквы «V», и формула будет I x R.

Пример 2: Чтобы найти ток в цепи, зная напряжение и сопротивление, приложите палец, чтобы закрыть «I», и формула: В / R

Пример 3: Чтобы найти сопротивление цепи, зная напряжение и ток, приложите палец, чтобы закрыть букву «R», и формула: В / I

Другими словами, формула в трех возможных формах:

В = I x R I =
В / R R = В / I

Используя эти формулы и следующую схему, можно увидеть взаимосвязь между сопротивлением и током, при условии, что напряжение остается неизменным.

Пример 1: Учитывая, что напряжение составляет 220 В, а сопротивление составляет 110 Ом (Ом), мы можем рассчитать ток по формуле:

I = В / R = 220 / 110 = 2 А

Пример 2: То же напряжение (220 В), но теперь сопротивление всего 2 Ом.

I = В / R = 220 / 2 = 110 А

То есть, чем больше сопротивление, тем меньше ток может протекать.Кроме того, чем меньше сопротивление, тем больший ток может протекать.

Может быть полезно снова использовать аналогию с водой. Если у вас есть водопроводная труба большого диаметра, то через нее может протекать много воды (тока), потому что «сопротивление» низкое (отсутствие засоров). Если есть закупорка в трубе (сопротивление), то (текущий) поток уменьшается. Чем больше засорение (чем выше сопротивление), тем меньше (ток) протекания.

Этот принцип проиллюстрирован в примерах выше.В примере 1 сопротивление 110 Ом позволяло проходить через цепь только 2 ампера. В примере 2 небольшое сопротивление (2 Ом) позволяло протекать по цепи большому току в 110 ампер.

Сопротивление — это все, что сопротивляется току, протекающему по цепи. Лампочка — это сопротивление, как утюг, кухонный комбайн или плита. В электронике есть небольшие компоненты, называемые резисторами, которые имеют фиксированное известное значение. Даже простой кабель имеет некоторое сопротивление, на самом деле причина использования толстых кабелей заключается в том, чтобы уменьшить сопротивление и позволить большему току проходить через него (например, пожарный шланг больше, чем садовый шланг, поэтому через него может течь больше воды) .

P.S .: мы только что рассмотрели основные принципы закона Ома, но шшш, никому не говори.

Если математика сбивает вас с толку, попробуйте простой калькулятор по закону Ома.

Серия

или параллельная

Часто вы не знаете, какое сопротивление в цепи, и вам это не нужно. Однако эти формулы по-прежнему очень полезны, но в основном для того, что на их основе выводится, а не для их непосредственного вычисления. Это длинный способ сказать: «Пожалуйста, примите, что следующие концепции вытекают из приведенной выше формулы, и нам не нужно тратить время и силы на ее доказательство».

Концепция 1:

Рассмотрим схему из шести лампочек. Поскольку они подключаются друг за другом, говорят, что они подключены последовательно.

Интересно, что происходит с напряжением, током и сопротивлением.

Напряжение: «Входное напряжение» — это сумма напряжений на всех отдельных лампах. В этом примере индивидуальное напряжение на каждом источнике света составляет 40 вольт, поэтому общее напряжение составляет 240 вольт.

Ток: Ток через каждый отдельный светильник такой же, как ток во всей цепи.Если ток, идущий в цепь, составляет 1 ампер, тогда ток через каждую отдельную лампу также составляет 1 ампер.

Сопротивление: Общее сопротивление равно сумме всех отдельных «последовательных» сопротивлений.

На практике этот тип цепи редко используется в доме. Это связано с тем, что если в дом поступает 240 вольт, а в доме есть шесть последовательно соединенных ламп, то каждый свет будет получать только одну шестую от этого напряжения, то есть 40 вольт. Однако этот тип схемы часто используется для гирлянды на елку e.грамм. 20 лампочек по 12 вольт каждая равны 240 вольт. Проблема с этой схемой в том, что если горит одна лампочка, то погаснут и все остальные. Это связано с тем, что проводное соединение со следующей лампой прервано, поэтому цепь не является полной.

Часто используется последовательная цепь с батареями. Когда батареи включены последовательно, общее напряжение равно сумме всех отдельных напряжений, а общий ток, протекающий по всей цепи, такой же, как ток, протекающий через любую одну батарею.Например: четыре батареи на 1,5 В 500 мА, соединенные последовательно друг с другом, составляют батарею на 6 В (4 x 1,5) при 500 мА.

КОНЦЕПЦИЯ 2:

Рассмотрим схему из шести лампочек. Поскольку они соединены друг с другом или параллельно друг другу, говорят, что они соединены параллельно.

То, что происходит с напряжением, током и сопротивлением в цепи этого типа, отличается от того, что происходит в последовательной цепи.

Напряжение: Напряжение на каждом индикаторе такое же, как «напряжение на входе».Если в цепь поступает 220 вольт, значит, 220 вольт на каждой отдельной лампе.

Ток: Ток, протекающий в цепи, представляет собой сумму токов в каждом отдельном источнике света. Если ток через каждую лампу составляет 1 ампер, то общий ток, поступающий в эту цепь, будет 6 ампер (6 x 1 ампер).

Сопротивление: общее сопротивление рассчитывается по сложной формуле, которую нам не нужно изучать на данном этапе. Достаточно сказать, что общее сопротивление меньше наименьшего индивидуального сопротивления.Вот формула для тех, кому действительно нужно знать:

На практике этот тип схемы используется в жилых домах. например Если у вас в доме 220 вольт, то все светильники и розетки (розетки) тоже 220 вольт, потому что они соединены параллельно.

Батареи также можно подключать параллельно. Выходное напряжение двух параллельно включенных батарей такое же, как у одной из батарей, но текущая емкость удваивается. Например: две автомобильные батареи на 12 вольт на 100 ампер / час, подключенные параллельно, составляют эквивалент 12-вольтовой батареи на 200 ампер / час.Те же две батареи, соединенные последовательно, будут эквивалентны батарее на 24 В и 100 А / час.

Собираем все вместе

Некоторые люди в восторге от того, как формулу закона Ома можно подставить в нашу формулу Силы для создания новых формул. Те из вас, кто любит играть с формулами, могут понять, как это делается; в остальном просто согласитесь, что эта таблица показывает различные комбинации этих формул.

В этой таблице показаны все возможные комбинации с использованием двух изученных нами основных формул.Попробуйте воспользоваться калькулятором и проверьте следующие значения:

В = 12 В I = 2 А R = 6 Ом P = 24 Вт

Вы можете распечатать таблицу и прикрепить ее к футляру мультиметра или стене мастерской для использования в будущем.

Простой калькулятор для вычисления всех этих комбинаций доступен здесь.

Поздравляю, вы закончили читать эти первые две статьи об основах электротехники. Было очень много теории и всевозможных формул, но теперь у вас есть основы для понимания большинства электрических и электронных принципов.

Закон Ома

Мы рассматриваем фундаментальную связь в электронике и физике.

Закон Ома был открыт Георгом Омом в 1837 году, и это основное уравнение, которое управляет многими схемами. Три основных ингредиента — это ток через простую цепь, приложенное напряжение (обычно от батареи) и сопротивление устройства, которое использует ток для выполнения некоторой работы, обычно тепла или света. На этом этапе вы узнаете о
  • математическая формулировка закона Ома и основная обратная зависимость, которую он кодирует
  • как аналогия с водопроводной трубой может помочь понять значение закона Ома.

Закон Ома

Закон Ома гласит, что if (normalsize {V}) — это напряжение (измеренное в вольтах) на резисторе (normalsize {R}) (измеренное в омах), которое потребляет ток (normalsize {I}) (измеренный в амперах), то [Большой {V = IR}.] Резистор — это объект, который использует электрическую энергию и преобразует ее во что-то еще, например, тепло или свет. Примером может служить тостер. Электроэнергия, протекающая через тостер, питается от перепада напряжения, подаваемого через электрическую розетку.Чем выше напряжение, тем больший ток (нормальный размер {I}) проходит через тостер. Итак, для фиксированного резистора (нормальный размер {R}) закон Ома устанавливает линейную пропорциональность между напряжением и током. Нити для тостеров Ник Карсон, en.wikipedia CC BY 3.0, через Wikimedia Commons Однако мы можем взглянуть на закон и по-другому. Если мы считаем напряжение (нормальный размер {V}) фиксированным, то сопротивление и ток обратно пропорциональны, поскольку их произведение постоянно и равно фиксированному напряжению.Если мы увеличиваем сопротивление, то ток уменьшается, а если мы уменьшаем сопротивление, то ток увеличивается. Это ситуация с цепью, работающей от батареи, или с электричеством в нашем доме, где подаваемое напряжение является постоянным ((нормальный размер {110-120}) вольт в большинстве стран Америки (нормальный размер {220-230}) вольт в Европе, Австралии и большинстве стран Азии). Однако, строго говоря, в этом случае напряжение меняется по направлению. В предельном случае, когда сопротивление становится равным нулю, например, если вы заменяете тостер на провод, то течет бесконечно большой ток.Затем возникает короткое замыкание на , часто с катастрофическими последствиями, особенно если у вас нет предохранителя, который может разорвать цепь в такой аварийной ситуации.

Некоторые примеры

Если мы подключим лампу к цепи, работающей от батареи на 6 В, и потребляем ток 3 А, тогда сопротивление (нормальный размер R) будет равно [Large R = frac {V} {I} = frac 63 = 2; text {ohms}.] Теперь, если мы подключим ту же лампу к 10-вольтовой батарее, то ток (нормальный размер I) будет [Большой I = гидроразрыв {V} {R} = гидроразрыв {10} 2 = 5; текст {амперы}.] Если мы хотим сделать свет ярче, нам нужно увеличить ток, скажем, до 8 ампер, тогда нам нужно увеличить наше напряжение до [Большой V = IR = 8 × 2 = 16; текст {вольт}.]

Q1 (E): электрическое устройство подключено к напряжению 120 В. Найдите ток, если сопротивление 480 Ом.

Q2 (E): Предположим, что у нас есть батарея с некоторым постоянным напряжением, освещающая небольшую лампу, а амперметр показывает 40 мА, где мА означает миллиампер, что составляет одну тысячную амперметра.Если ток упал до 20 мА, что случилось с сопротивлением?

Как резистор сопротивляется?

Резистор — это любое устройство, замедляющее прохождение тока в цепи. Электричество, по сути, перемещает электроны, и, как и вода, если поток прерывается, ограничивается или сопротивляется , проходит меньше. Некоторые материалы имеют низкое сопротивление, например медная проволока, что позволяет электронам проходить через них без особых проблем. Другие материалы, такие как дерево, обладают высоким сопротивлением, почти мгновенно останавливая электрический ток.На практике у нас есть такие вещи, как лампы и тостеры, которые генерируют свет или тепло от электронов, замедляя их, но все же пропуская.

Ом также обнаружил другой закон, который описывает, какое сопротивление имеет данный материал, например кусок проволочной трубки:

[Large R = frac {rho L} {A}]

где (нормальный размер L) — длина резистора, (нормальный размер rho) — величина, которая зависит от материала, а (нормальный размер A) — площадь поперечного сечения резистора.Итак, (нормальный размер R) равен прямо пропорционально длине (нормальный размер L): удвоить длину проволочной трубки, и ее сопротивление удвоится. Но (нормальный размер R) также обратно пропорционален площади поперечного сечения (нормальный размер A): удвоить площадь и половину сопротивления.

3 кв. (E): трубчатый резистор имеет форму проволоки. Если мы утроим его длину и уменьшим вдвое диаметр, что произойдет с его сопротивлением?

Гидравлический аналог

Для понимания закона Ома иногда бывает полезна аналогия с гидравликой для начинающих.Представьте себе воду, текущую по горизонтальной трубе. Давление воды (нормальный размер P) аналогично напряжению (нормальный размер V), потому что это разница давлений между двумя точками вдоль трубы, которая заставляет воду течь. Фактический расход воды (нормальный размер F) в этом случае является аналогом тока (нормальный размер I).

А что с аналогом резистора? Это можно представить как нечто, препятствующее потоку воды, например, ограничители или отверстия в трубах. Если вода проталкивается через очень тонкую трубку, то чем длиннее трубка и чем меньше ее площадь поперечного сечения, тем большее сопротивление (нормальный размер R) она будет оказывать на расход воды (нормальный размер F).И чем больше сопротивление, тем меньше расход.

Соответствующее уравнение для нашего гидравлического аналога в соответствующих единицах равно

[Большой P = FR.]

Таким образом, если мы сохраним фиксированное давление, то скорость потока и ограничение будут обратно пропорциональны: по мере уменьшения размера ограничения (нормальный размер R) скорость потока (нормальный размер F) должна увеличиваться.

На рисунке ниже мы ожидаем, что более тонкая трубка будет действовать как сопротивление потоку в большой трубке.

ответы

A1. По закону Ома ток можно найти по

[Большой {I = гидроразрыв {V} {R} = гидроразрыв {120} {480} = 0,25; текст {амперы}}.]

A2. Когда напряжение постоянно, соотношение между током и сопротивлением обратное. Следовательно, если ток уменьшается вдвое, сопротивление увеличивается вдвое.

A3. Увеличение длины резистора в три раза увеличивает его сопротивление в 3 раза, а уменьшение его диаметра вдвое увеличивает площадь поперечного сечения на 1/4.В целом сопротивление изменяется в раз (frac {3} {1/4} = 12).

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.

Расчетное сопротивление последовательных и параллельных цепей

Электрические цепи состоят из четырех основных компонентов. Эти четыре компонента могут быть включены в последовательную или параллельную схему 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 постоянное напряжение закона Ома 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 итого = 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 всего R = 2,76 Ом.

Обратите внимание, что при последовательном размещении резисторов общее сопротивление превышает сопротивление каждого отдельного нагревателя, а при параллельном подключении 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, последовательное подключение предназначено только для двух нагревателей одинаковой мощности и напряжения. Помимо снижения сопротивления, параллельная схема 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 большого 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. Хотя 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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.