Закон ома в электротехнике: Электротехника: Закон Ома. — groupnk.ru — Группа НК — комплексные поставки электрооборудования в Москве и регионах

Содержание

Закон Ома для участка цепи

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

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

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

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

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

I = U/R.

Магический треугольник

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

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

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

ампер = вольт/ом

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

Закон Ома для участка цепи

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта «Заметки электрика»..

Сегодня открываю новый раздел на сайте под названием электротехника.

В этом разделе я постараюсь в наглядной и простой форме объяснить Вам вопросы электротехники. Скажу сразу, что далеко углубляться в теоретические знания мы не будем, но вот с основами познакомимся в достаточном порядке.

Первое, с чем я хочу Вас познакомить, это с законом Ома для участка цепи. Это самый основной закон, который должен знать каждый электрик.

Знание этого закона позволит нам беспрепятственно и безошибочно определять значения силы тока, напряжения (разности потенциалов) и сопротивления на участке цепи.

Кто такой Ом? Немного истории

Закон Ома открыл всем известный немецкий физик Георг Симон Ом в 1826 году. Вот так он выглядел.

Всю биографию Георга Ома я рассказывать Вам не буду. Про это Вы можете узнать на других ресурсах более подробно.

Скажу только самое главное.

Его именем назван самый основной закон электротехники, который мы активно применяем в сложных расчетах при проектировании, на производстве и в быту.

Закон Ома для однородного участка цепи выглядит следующим образом:

I – значение тока, идущего через участок цепи (измеряется в амперах)

U – значение напряжения на участке цепи (измеряется в вольтах)
R – значение сопротивления участка цепи (измеряется в Омах)

Если формулу объяснить словами, то получится, что сила тока пропорциональная напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи.

Проведем эксперимент

Чтобы понять формулу не на словах, а на деле, необходимо собрать следующую схему:

Цель этой статьи — это показать наглядно, как использовать закон Ома для участка цепи. Поэтому я на своем рабочем стенде собрал эту схему. Смотрите ниже как она выглядит.

Сопротивление в цепи я заменил светодиодной лампочкой, обладающей определенной величиной сопротивления. Все соединения производим с помощью соединительных проводов марки ПВ-1. Кто не знает как это сделать, то читайте мою статью как правильно соединять провода.

С помощью ключа управления (избирания) можно выбрать, либо постоянное напряжение, либо переменное напряжение на выходе. В нашем случае используется постоянное напряжения. Уровень напряжения я меняю с помощью лабораторного автотрансформатора (ЛАТР).

В нашем эксперименте я буду использовать напряжение на участке цепи, равное 220 (В). Контроль напряжения на выходе смотрим по вольтметру.

Теперь мы полностью готовы провести самостоятельно эксперимент и проверить закон Ома в действительности.

Ниже я приведу 3 примера. В каждом примере мы будем определять искомую величину 2 методами: с помощью формулы и практическим путем.

Пример № 1

В первом примере нам нужно найти ток (I) в цепи, зная величину источника постоянного напряжения и величину сопротивления светодиодной лампочки.

Напряжение источника постоянного напряжения составляет U = 220 (В). Сопротивление светодиодной лампочки равно R = 40740 (Ом).

С помощью формулы найдем ток в цепи:

I = U/R = 220 / 40740 = 0,0054 (А)

А теперь проверим полученный результат практическим путем.

Подключаем последовательно светодиодной лампочке мультиметр, включенный в режиме амперметр, и замеряем ток в цепи.

На дисплее мультиметра показан ток цепи. Его значение равно 5,4 (мА) или 0,0054 (А), что соответствует току, найденному по формуле.

Пример № 2

Во втором примере нам нужно найти напряжение (U) участка цепи, зная величину тока в цепи и величину сопротивления светодиодной лампочки.

I = 0,0054 (А)

R = 40740 (Ом)

С помощью формулы найдем напряжение участка цепи:

U = I*R = 0,0054 *40740 = 219,9 (В) = 220 (В)

А теперь проверим полученный результат практическим путем.

Подключаем параллельно светодиодной лампочке мультиметр, включенный в режиме вольтметр, и замеряем напряжение.

На дисплее мультиметра показана величина измеренного напряжения. Его значение равно 220 (В), что соответствует напряжению, найденному по формуле закона Ома для участка цепи.

Пример № 3

В третьем примере нам нужно найти сопротивление (R) участка цепи, зная величину тока в цепи и величину напряжения участка цепи.

I = 0,0054 (А)

U = 220 (В)

Опять таки, воспользуемся формулой и найдем сопротивление участка цепи:

R = U/I = 220/0,0054 = 40740,7 (Ом)

А теперь проверим полученный результат практическим путем.

Сопротивление светодиодной лампочки мы измеряем с помощью электроизмерительных клещей или мультиметра.

Полученное значение составило R = 40740 (Ом), что соответствует сопротивлению, найденному по формуле.

Как легко запомнить Закон Ома для участка цепи!!!

Чтобы не путаться и легко запомнить формулу, можно воспользоваться небольшой подсказкой, которую Вы можете сделать самостоятельно.

Нарисуйте треугольник и впишите в него параметры электрической цепи, согласно рисунка ниже. У Вас должно получится вот так.

Как этим пользоваться?

Пользоваться треугольником-подсказкой очень легко и просто. Закрываете своим пальцем, тот параметр цепи, который необходимо найти.

Если оставшиеся на треугольнике параметры расположены на одном уровне, то значит их необходимо перемножить.
Если же оставшиеся на треугольнике параметры расположены на разном уровне, то тогда необходимо разделить верхний параметр на нижний.

С помощью треугольника-подсказки Вы не будете путаться в формуле. Но лучше все таки ее выучить, как таблицу умножения.

Выводы

В завершении статьи сделаю вывод.

Электрический ток — это направленный поток электронов от точки В с потенциалом минус к точке А с потенциалом плюс. И чем выше разность потенциалов между этими точками, тем больше электронов переместится из точки В в точку А, т.е. ток в цепи увеличится, при условии, что сопротивление цепи останется неизменным.

Но сопротивление лампочки противодействует протеканию электрического тока. И чем больше сопротивление в цепи (последовательное соединение нескольких лампочек), тем меньше будет ток в цепи, при неизменном напряжении сети.

P.S. Тут в интернете нашел смешную, но поясняющую карикатуру на тему закона Ома для участка цепи.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:

Закон Ома — подробное объяснение. Как применяется закон Ома, электротехника ТОЭ | Pro Физику

Один из основных законов, используемый при расчете электрических цепях – это закон Ома.

В сегодняшней статье поговорим о законе Ома. Этот закон является одним из самых важных законов электротехники, теории цепей и физики в целом. С электрическим током, напряжением и электрическим сопротивлением мы уже ознакомились в предыдущих статьях.

Для того, чтобы по проводнику начал протекать электрический ток, необходимо к концам проводника приложить напряжение, т. е. создать разность потенциалов. Рассмотрим участок цепи, состоящий из одного резистора, к концам которого приложено напряжение.

Рисунок 1 — Подключение резистора на постоянное напряжение

Если подать напряжение на резистор, то через него потечет электрический ток. Ток через резистор потечет от большего потенциала к меньшему (в данном случае стрелкой под напряжением мы указали, что потенциал в точке 1 больше потенциала в точке 2).

Или эту же самую схему, можно представить еще раз, но указать не напряжение U, а ЭДС Е.

Рисунок 2 — Простейшая схема цепи, содержащая резистор и ЭДС

Только источник ЭДС Е будет направлен от точки 2 к точке 1 (так как ранее мы сказали, что φ1 больше чем φ2). А у ЭДС “+” всегда больше чем “-“. Поэтому “плюсом” ЭДС Е подключим к точке 1, а “минусом” к точке 2.

Вернемся к рисунку 1.

Разность потенциалов на концах проводника запишется:

U12=фи1-фи2

Чем больше напряжение U12, тем больше будет ток, т. е. тем большую скорость движения приобретут частицы. Но любой проводник будет оказывать сопротивление протекающему по нему току. Сила тока будет зависеть от сопротивления проводника. Чем больше сопротивление, тем меньше сила тока в проводнике. Если этот проводник состоит из участка провода, то его сопротивление будет зависеть от длины провода, площади сечения и удельного сопротивления.

Сила тока, обратно пропорциональна сопротивлению проводника по которому протекает ток.

Рисунок 3 — Закон Ома для участка цепи не содержащей ЭДС

Закон Ома звучит следующим образом: ток на участке электрической цепи (в данном случае в ветви с резистором), не содержащем источников энергии, прямо пропорционален приложенному к этому участку напряжению, и обратно пропорционален сопротивлению этого участка (рисунок 1).

В случае же если участок электрической цепи, в данном случае ветвь, содержит источник энергии Е и сопротивление R:

Рисунок 4 — Участок цепи(ветвь), содержащий резистор и ЭДС

Будем считать, что ток течет от точки 1 к точке 2 ( это условно положительное направление тока)

Запишем закон Ома для этого участка цепи. Ток всегда течет от большего потенциала к меньшему (фи1>фи2), тогда

Рисунок 5 — Обобщенный закон Ома для участка цепи содержащий ЭДС

В данном выражении потенциал от которого течет ток (φ1) берется со знаком “+”, а потенциал к которому течет ток, берется со знаком “-”. Поэтому φ2 записан со знаком “-”. ЭДС берется со знаком “+”, если его действие совпадает с направлением тока (в данном случае I и E сонаправлены, поэтому ЭДС E взяли с “плюсом”). А в знаменателе выражения закона Ома для тока I, записывается сопротивление этого участка R.

Рассмотрим еще одну цепь (замкнутую), в которой есть ЭДС E с внутренним сопротивлением r0. К этому источнику с внутренним сопротивлением подключается резистор сопротивлением R.

Рисунок 6 — Простая цепь, содержащая ЭДС с внутренним сопротивлением и резистором нагрузки

В данной цепи сопротивление r0 и R включены последовательно и ток I через них протекает один и тот же.

Общее сопротивление цепи при последовательном соединении запишется:

Rобщ=r0+R

Тогда по закону Ома:

Рисунок 7 — Закон Ома для полной цепи, состоящей из резистора нагрузки и ЭДС с внутренним сопротивлением

В знаменателе этого выражения общее сопротивление цепи (или участка цепи) по которой протекает ток (в данном случае сопротивление этого участка состоит из последовательно включенных сопротивлений r0 и R).

А в числителе записан источник ЭДС E со знаком “+”, т. к. действие источника совпадает с направлением тока.

Полученное выражение представляет собой закон Ома для полной цепи: Ток в цепи прямо пропорционален ЭДС, действующей в цепи, и обратно пропорционален полному сопротивлению цепи.

О правилах Кирхгофа и законе Джоуля-Ленца мы поговорим далее.

Если понравилась статья, подписывайтесь на канал и не пропускайте новые публикации.

Читайте также:

1. Как электроэнергия передается от электростанций до наших домов;

2. Что такое электрический ток — простыми словами;

Изучаем закон Ома, понятия плотность тока и электрическая проводимость.

В практической электротехнике большое значение имеет зависимость между напряжением на концах проводника и величиной тока в нем. Эта зависимость выражена в законе Ома. Но перед тем, как разобраться, что представляет собой закон Ома, необходимо разобрать понятия «плотность тока» и «электрическая проводимость».

Плотность тока. Электрическая проводимость

Плотность тока в проводе зависит от количества электричества (заряда), проходящего через единицу поперечного сечения провода в секунду. Плотность электрического тока на рисунке:

В свою очередь, этот заряд зависит от средней скорости движения заряженных частиц в направлении, параллельном оси провода. Средняя скорость движения частиц пропорциональна силе поля в проводе или напряженности электрического поля. Таким образом, плотность тока в проводе пропорциональна напряженности электрического поля Е, т. е.

j = yE

где y — коэффициент, зависящий от материала провода и его температуры и называется удельная электрическая проводимость.

Так как в однородном поле
E = U / i, а j = I / S
то
I / S = j U / l

откуда

I = j S / l U = g U

где g — величина, зависящая от материала провода, его длины и поперечного сечения и называемая электрической проводимостью, при неизменной температуре постоянна для данного провода. Электрическая проводимость величина обратная сопротивлению и измеряется в Сименсах (См).

Выражение I = jS/l U = gU, найденное опытным путем в первой половине XIX века, представляет собой закон Ома, который является одним из основных законов электротехники. Согласно закону Ома, ток в проводнике прямо пропорционален напряжению между его концами.

Закон Ома для электрической цепи

В простейшем случае электрическая цепь состоит из источника питания и нагрузки (потребителя).

Закон Ома для участка цепи звучит так:

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна приложенному к нему напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

Закон Ома формула:

Используя формулу закона Ома и зная два параметра цепи можно найти и третий. Например зная ток и напряжение на участке цепи можно вычислить сопротивление этой цепи. Для это цели придумали «магический треугольник» закона Ома:

Теперь мы рассмотрим закон Ома для полной цепи.

Для выше изображенной электрической цепи в другой статье было получено уравнение:
Е = U + U0.
По закону Ома напряжения U и U0 пропорциональны току в цепи:
U = Ir и U0 = Ir0,
где r0 — внутреннее сопротивление источника питания, а r—сопротивление внешнего участка цепи.
Подставив вместо U и U0 их значения, получим, что
Е = Ir + Ir0 = I(r + r0).
Отсюда ток
I = E / r +r0
Найденная зависимость называется законом Ома для электрической цепи или закон Ома для полной электрической цепи. Этот закон звучит так:

Ток в цепи прямо пропорционален ЭДС источника питания и обратно пропорционален сопротивлению нагрузки, плюс сопротивление проводников цепи, плюс внутреннее сопротивление источника питания.

Из статьи также следует, что напряжение на зажимах источника питания
U = E — U0 = E — Ir0.
Размыкание электрической цепи соответствует увеличению сопротивления приемника (внешнего сопротивления) до бесконечности. В этом случае ток равен нулю, а напряжение на зажимах источника питания
U = Е — Ir0 = E

Законы электротехники | elesant.ru

Законы электротехники

Закон Ома
Законы Кирхгофа
Закон Джоуля-Ленца

Основной закон электротехники закон Ома

Основным законом электротехники, несомненно, является Закон Ома. Названый, как и большинство, законы в физики, в честь его открывателя немецкого физика Ома, он гласит:

Сила тока участка электрической сети прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку и обратно пропорциональна его сопротивлению.

В символическом выражении Закон Ома выглядит так:

I=U÷R, где I-Сила тока в цепи (Ампер), U-Напряжение сети (Вольт), R-Сопротивление сети (Ом).

В таком виде закон Ома не имеет практического применения в электрике жилых и промышленных зданий. Напомню, что для электропитания зданий применяется переменное напряжение и здесь работают немного другие законы электротехники. Но закон Ома является одной из баз лежащей в основе всех формул и всех электротехнический расчетов.

Практическое применения имеет закон взаимосвязи (соответствия) напряжения, силы тока и мощности в электрической цепи. Он математически выводится из закона Ома и основан на двух алгебраических формулах, выражающих физические законы:

P=U×I, где P-мощность электрической сети (Ватт), U-напряжение, I-сила тока.

I=U÷R, где I-сила тока, U-напряжение, R-сопротивление.

Если немного посидеть, вспомнить простую алгебру и поманипулировать с эти двумя формулами, можно получить диаграмму-подсказку, в которой все четыре величины:U; I; R; P математически связаны друг с другом.

Практическое применение этих математических формул законов электрики можно применить в расчете простой электросети напряжением 220 Вольт без электродвигателей.

Например: Освещение одной комнаты из 20 лампочек накаливания. Напряжение сети величина постоянная и равна 220 вольт. Мощность каждой лампочки 25 Ватт.

Простым умножением получаем следующие результаты:

Общая потребляемая мощность сети:25 Ватт×20 лампочек=500ватт.

Сила тока в сети:500ватт÷220 вольт=2,3 ампера.

Если таких комнат в квартире три, то суммарный рабочий ток в сети составит 3×2,3 ватта=6,9 Ампер.

В соответствии с этим расчетом можно выбрать номинал автомата защиты освещения всей квартиры. Округляем 6,9 ампер в большую сторону, до значения номиналов автоматов имеющихся в продаже. Это 10 ампер.

Вывод: Простой расчет по основному закону электропроводки позволил рассчитать номинал нужного автомата защиты.

Законы Кирхгофа

Электрика любого помещения выполняется в виде замкнутых, рабочих электрических цепей. Два главных закона, которые определяют процессы в электрических сетях, являются законы Кирхгофа. Их два. Оба из них применяются и для постоянных и для переменных токов.

Первый закон Кирхгофа утверждает:

Суммарная величина токов направленная к узлу электрической сети равна суммарной величине токов направленных от узла.

В практике на основе первого закона Кирхгофа основана работа Устройств защитного отключения (УЗО). Работа УЗО заключается в отключении электропитания сети при возникновении токов утечки. При нормальном режиме работы суммарное значение тока, втекающая в электрическую сеть равна значению тока утекающему из нее. Если равенство токов нарушается, значит, в сети есть утечка. УЗО сконструировано и подключено таким образом, что при утечке тока УЗО его обнаруживает и размыкает питание электросети.

Второй закон Кирхгофа гласит:

Любой замкнутый контур переменной электрической сети имеет равные значения комплексных напряжений и ЭДС (электродвижущих сил) на всех пассивных элементах сети.

Примечание: Комплексное напряжение это значение напряжение в сети переменного тока.

Практическое применение можно пояснить на любой квартирной группе электропитания. Для пояснения рассмотрим квартиру.

Сколько бы групп электропитания в квартире не было, на любой розетке или светильнике напряжение в сети (при рабочем режиме) будет 220 вольт.

Еще один основной закон электрики нужно вспомнить.

Закон Джоуля-Ленца

Закон Джоуля-Ленца устанавливает связь между током «бегающему» по проводнику, его сопротивлению и теплом которое при этом выделяется.

В математическом символизме закон Джоуля-Ленца выглядит так:

Q=I²×R×t,где Q это количество выделяемого тепла в проводнике, в Джоулях;I-сила тока;R-сопротивление проводника;t-время прохождения тока в секундах.

В качестве информации: Ленц это русский физик Эмилий Христианович Ленц. Русский физик, электротехник, физический географ.1804-1865 года жизни.

Говоря о практическом применении закона Джоуля-Ленца, трудно назвать в какой части электрики он не проявляется. Электрические обогреватели, электрические водонагреватели, тепловые завесы, выбор автоматов защиты, тепловые реле в автоматике и многое другое.

Конечно это не все основные законы электрики. На по своему значению эти законы имеют фундаментальное значение.

Другие статьи сайта

Закон ома на примере воды. Самый главный закон электротехники

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

Электрическая цепь

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

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

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

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

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

Параметры электрической цепи

Свой знаменитый закон Ом вывел экспериментальным путём.

Проведём несложный опыт.

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

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

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

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

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

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

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

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

Георг Симон Ом

Закон Ома для полной цепи

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

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

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

Как выводится современная формула закона Ома для полной цепи?

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

ε = U + U 1 .

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

Подставив эти выражения в предыдущее, получим:

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

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

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

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

Короткое замыкание

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

Закон Ома для переменного тока

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

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

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

I = U / R

Мощность и закон Ома

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

P = U · I = I 2 · R

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

Вместо эпилога

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

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

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

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

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

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

Закон Ома для участка цепи

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

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

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

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

Закон Ома для замкнутой цепи

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

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

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

Закон Ома для неоднородного участка цепи

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

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

I = U/ R = f1 – f2 + E/ R

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

R – общее сопротивление нелинейного участка цепи

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

Закон Ома для переменного тока

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

Закон Ома для переменного тока выглядит так:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Закон Ома является одним из основных законов электротехники. Он довольно прост и применяется при расчете практически любых электрических цепей. Но данный закон имеет некоторые особенности работы в цепях переменного и постоянного тока при наличии в цепи реактивных элементов. Эти особенности нужно помнить всегда.

Классическая схема закона Ома выглядит так:

А звучит и того проще – ток, протекающей на участке цепи, будет равен отношению напряжения цепи к ее сопротивлению, что выражается формулой:

Но ведь мы знаем, что помимо активного сопротивления R, существует и реактивные сопротивления индуктивности Х L и емкости X C . А ведь согласитесь, что электрические схемы с чисто активным сопротивлением встречаются крайне редко. Давайте рассмотрим схему, в которой последовательно включена катушка индуктивности L, конденсатор С и резистор R:

Помимо чисто активного сопротивления R, индуктивность L и емкость С имеют и реактивные сопротивления Х L и X C , которые выражены формулами:

Где ω это циклическая частота сети, равная ω = 2πf. f – частота сети в Гц.

Для постоянного тока частота равна нулю (f = 0), соответственно реактивное сопротивление индуктивности станет равным нулю (формула (1)), а емкости – бесконечности (2), что приведет к разрыву электрической цепи. Отсюда можно сделать вывод, что реактивное сопротивление элементов в цепях постоянного напряжения отсутствует.

Если рассматривать классическую электрическую цепь и на переменном токе, то она практически ничем не будет отличаться от постоянного тока, только источником напряжения (вместо постоянного — переменное):

Соответственно и формула для такого контура останется прежней:

Но если мы усложним схему и добавим к ней реактивных элементов:

Ситуация изменится кардинально. Теперь f у нас не равна нулю, что сигнализирует о том, что помимо активного, в цепь вводится и реактивное сопротивление, которое также может влиять на величину тока, протекаемого в контуре и . Теперь полное сопротивление контура (обозначается как Z) и оно не равно активному Z ≠ R. Формула примет следующий вид:

Соответственно немного изменится и формула для закона Ома:

Почему это важно?

Знание этих нюансов позволит избежать серьезных проблем, которые могут возникнуть при неправильном подходе к решению некоторых электротехнических задач. Например, в контур переменного напряжения подключена катушка индуктивности со следующими параметрами: f ном = 50 Гц, U ном = 220 В, R = 0,01 Ома, L = 0,03 Гн. Ток, протекающий через данную катушку будет равен.

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

I = U/R, (1)

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

A12 = Q0E12 + Q0(φ1 — φ2) (2)

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

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

Из формул (2) и (3) получим:

IR = (φ1 — φ2) + E12 (4)

Откуда

I = (φ1 — φ2 + E12) / R (5)

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

I = (φ1 — φ2)/R = U / R

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

I = E / R,

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

I = E / (r+R1).

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

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

Закон Ома

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

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

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

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

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

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

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

Последовательное подключение – последовательная цепь

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

А закон Ома в последовательной цепи будет иметь вид:

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

Параллельное подключение – параллельная цепь

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

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

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

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

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

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

Электрическая мощность

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

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

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

Закон Ома. Сжато. Самое важное

Закон Ома — это закон о пропорциональности силы тока приложенному напряжению, альфа и омега электроники. Формула закона простая, но запомнить формулу мало. Она должна применяться рефлекторно, «на автомате».

История и формула

О зависимости между величинами напряжения, тока, и сопротивления в электрической цепи впервые сообщил в 1826 году немецкий физик Георг Ом. Он утверждал, что ток между двумя точками проводника пропорционален приложенной к этим точкам электродвижущей силе.

Ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению. Такая простая современная формулировка закона математически верна, физически неточна, но приемлема для использования на практике. Это правильно для большинства электропроводящих материалов. В некоторых материалах, их называют неомичнимы, зависимость между током и напряжением не является прямо пропорциональной. Работы Георга Ома изначально не признавались, результаты их считались сомнительными. Лишь в середине 19-го века открытие Георга Ома утверждаются в физике и воспринимаются как закон природы.

Маленькая анимация иллюстрирует зависимость между силой тока (A, ампер), напряжением (V, вольт) и сопротивлением (Ω, ом).

Распространенные формы записи закона Ома

В электротехнике формула для участка электрической цепи (U — напряжение, I — сила тока, R — электрическое сопротивление проводника):

Соответственно при расчетах используют формулы:

Формула для полной цепи учитывает внутреннее сопротивление источника питания (Е — электродвижущая сила, R — сопротивление цепи без источника питания, r — внутреннее сопротивление источника питания) p>

Формула для участка цепи переменного тока , в которой Z — это полное сопротивление цепи (применяется в силовой электротехнике) p>

Дифференциальный вид закона Ома в физике . Соответственно обозначены плотность тока, сопротивляемость материала и напряженность электрического поля. Формула встречается в теоретических трудах и расчетах: p>

Реально в быту для вычислений используется простая формула записи закона Ома:

Немножко анимации для лучшего запоминания

Понимание соотношения между вольтами, амперами и Омами — это хорошее начало на пути к пониманию работы сложных электронных устройств и выявлению причин их неисправностей. Когда известны значения двух величин — третью можно рассчитать по формуле, так, как показано ниже.

Пример. Пусть в электрической цепи напряжение 12V, ток 3A. Каким будет сопротивление цепи? Рассчитываем по формуле: p>

Основные законы электроэнергетики

Прочный фундамент для любого электрика строится на глубоком знании законов, регулирующих работу электричества.

Общие законы, регулирующие электричество, немногочисленны и просты, но применяются неограниченным числом способов.

Закон Ома

Ток через проводник между двумя точками прямо пропорционален напряжению в этих двух точках.

I = V / R или V = IR или R = V / I

Где I — ток через проводник в единицах ампер, В, — напряжение, измеренное на проводнике в единицах вольт, а R — сопротивление проводника в единицах Ом. Более конкретно, закон Ома гласит, что R в этом отношении постоянно, независимо от тока.

1 Ом = сопротивление проводника, когда разность потенциалов в один вольт создает ток в один ампер через проводник.

Закон Ватта

Подобно закону Ома, закон Ватта устанавливает взаимосвязь между мощностью (ваттами), током и напряжением.

P = VI или P = I ² R

Отъезд: Закон Ома и калькулятор закона Ватта

Действующий закон Кирхгофа (KCL)

Полный ток или заряд, входящий в соединение или узел, в точности равен заряду, выходящему из узла, поскольку ему некуда идти, кроме как покинуть узел, поскольку в узле не происходит потери заряда.Другими словами, алгебраическая сумма ВСЕХ токов, входящих и выходящих из узла, должна быть равна нулю.

Текущий вход = текущий выход

Дополнительная литература: Делительные схемы и законы Кирхгофа

Закон напряжения Кирхгофа (KVL)

В любой сети с замкнутым контуром полное напряжение вокруг контура равно сумме всех падений напряжения внутри того же контура, которая также равна нулю. Другими словами, алгебраическая сумма всех напряжений в контуре должна быть равна нулю.

Дополнительная литература: Делительные схемы и законы Кирхгофа

Закон Фарадея

Индуцированная электродвижущая сила в любой замкнутой цепи равна отрицательной величине скорости изменения магнитного потока в цепи.

E = дБ / dt

(электродвижущая сила = изменение магнитного потока / изменение во времени)

Проще говоря, чем больше изменение магнитного поля, тем больше напряжение.Этот закон объясняет принцип работы большинства электродвигателей, генераторов, электрических трансформаторов и индукторов.

Дополнительная литература: Закон электромагнитной индукции Фарадея

Закон Ленца

Направление тока, индуцируемого в проводнике изменяющимся магнитным полем из-за закона индукции Фарадея, будет таким, что он создаст магнитное поле, которое противодействует изменению , которое его произвело. Проще говоря, величина ЭДС, наводимая в цепи, пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Дополнительная литература: Закон электромагнитной индукции Ленца

Закон Кулона

Величина электростатической силы притяжения между двумя точечными зарядами прямо пропорциональна произведению величин зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Сила действует по соединяющей их прямой линии. Если два заряда имеют одинаковый знак , электростатическая сила между ними является отталкивающей; если у них есть различных знаков , сила между ними притягивает.

F = kq ₁ q ₂ / r ²

F — результирующая сила между двумя зарядами. Расстояние между двумя зарядами или радиус разделения составляет r . Значения q ₁ и q ₂ представляют количество заряда в каждой из частиц. Константа уравнения — k .

Дополнительная литература: Электрическая сила и закон Кулона

Закон Гаусса

Суммарный электрический поток, исходящий от замкнутой поверхности, равен вложенному заряду, деленному на диэлектрическую проницаемость.Электрический поток через площадь определяется как электрическое поле, умноженное на площадь поверхности, проецируемую в плоскости, перпендикулярной полю.

Интегральная форма закона Гаусса находит применение при вычислении электрических полей вокруг заряженных объектов. Закон Гаусса — мощный инструмент для расчета электрических полей, когда они возникают из распределения заряда с достаточной симметрией для его применения.

Дополнительная литература: Закон Гаусса и электрический поток

Обычный ток vs.Электронный ток

Обычный ток предполагает, что ток течет от положительной клеммы , через цепь и в отрицательную клемму (+> -) источника. Это соглашение было выбрано при открытии электричества.

Теперь мы знаем, что это неверно. В проводниках носителем заряда является электрон с отрицательным зарядом .

Поток электронов называется , ток электронов . Электроны вытекают из отрицательной клеммы , через цепь и в положительную клемму источника (+

На самом деле, не имеет значения, , в какую сторону течет ток, пока он используется постоянно.Направление тока не влияет на его действия.

Дополнительная литература: Обычный ток и поток электронов

Правила для правой руки

Правило №1 определяет направления магнитной силы, обычного тока и магнитного поля. При любых двух тезисах можно найти третий.

Правой рукой: укажите указательным пальцем в направлении скорости заряда (вспомните условный ток).
Укажите средним пальцем в направлении магнитного поля.
Ваш большой палец теперь указывает в направлении магнитной силы.

Правило № 2 определяет направление магнитного поля вокруг токоведущего провода и наоборот.

Правой рукой: согните пальцы в виде полукруга вокруг провода, они указывают в направлении магнитного поля.
Укажите большим пальцем в направлении обычного тока.

Дополнительная литература: Правила правой руки: руководство по определению направления магнитной силы

ЭЛИ ЛЕДяной Человек

Когда конденсаторы или катушки индуктивности включены в цепь переменного тока, ток и напряжение не достигают пика одновременно.Доля разности периодов между пиками, выраженная в градусах, называется разностью фаз.

ELI: Напряжение выводит ток в катушке индуктивности. E (напряжение) L (индуктор) C (ток)

Когда на индуктор подается напряжение, он сопротивляется изменению тока. Ток нарастает медленнее, чем напряжение, с запаздыванием по времени и фазе.

ICE: Напряжение токопроводов в конденсаторе. I (ток) C (конденсатор) E (напряжение)

Поскольку напряжение на конденсаторе прямо пропорционально заряду на нем, ток должен опережать напряжение во времени и фазе, чтобы проводить заряд к пластинам конденсатора и повышать напряжение.Разность фаз в каждом случае равна или меньше 90 градусов.

Дополнительная литература: Фазовые и фазовые диаграммы

Электротехника | Консультанты по электротехнике

Без электричества ваш бизнес быстро остановится. Ни телефона, ни компьютеров, ни тепла, ни света! Можем ли мы действительно вернуться в 1800-е годы и работа при свечах? Итак, давайте объясним некоторые аспекты физики, которые движут нашим современный электрический мир — закон Ома.

Закон Ома гласит, что:

В = ИК
Напряжение = ток * сопротивление

Простая аналогия с водопроводной трубой помогает сделать это интуитивно понятным.

Если у нас есть водяной насос (аккумулятор или генератор), который оказывает давление (напряжение) на воду (ток) вокруг труб (цепь), поток будет сталкиваться с трением (сопротивлением) как он достигает резервуаров, кранов и внутренней поверхности трубы.

Чем больше насос, тем сильнее давление и тем больше работы он может выполнять, например, управлять автомобилем. мойку высокого давления, чтобы помыть машину или запустить посудомоечную машину.

То же самое и с электричеством — в любом случае, постоянный ток, но давайте пока будем проще.

В законе Ома есть три переменные: напряжение, ток и сопротивление, а также способ их определения. взаимодействовать, управляет теми механизмами, которые делают наш современный образ жизни таким удобным.

Это позволяет консультантам по электрике взять только два переменные и вычисляем третий. Уупи, можете сказать!

Ну это очень важно.

Используя закон Ома, мы можем сесть с вами и:

спроектировать гибкую электрическую систему, которая не перегревается и не срабатывает выключатели.
создать дизайн освещения, который экономит энергию (освещение — большой потребитель энергии).
спланируйте электрическую систему, подходящую для вашего растущего бизнеса.
разработает систему резервного копирования, которая поможет вашему бизнесу справиться с проблемами.

Например:

Может ли автомастерская разместить новый сварочный аппарат на 60 А при имеющемся питании?
Может ли кофейня запустить еще одну кофемашину эспрессо на существующем контуре счетчика?
Может ли центр отдыха установить станцию зарядки электромобилей без дополнительной распределительной панели?

Наша цель как консультантов — убедиться, что ваша энергосистема:

Надежность — энергия всегда доступна в нужный момент.
Энергоэффективность — «Не тратите впустую воду!» наши родители говорили. Электричество можно сэкономить Аналогичным образом.
Расширяемый — сможет ли он вместить новые машины по мере роста вашего бизнеса?
Safe — При выходе из строя части оборудования опасность поражения электрическим током должна быть сведена к минимуму, чтобы все были в безопасности.

Если вы посмотрите на этикетку на электрическом приборе, вы увидите две части информации: напряжение и ток.Это требуется по закону и предназначено для консультаций по электрике, чтобы применять Закон Ома и другие, чтобы спланировать бесперебойное, бесперебойное и безопасное обслуживание для вас и вашего бизнеса.

Закон Ома (сопротивление) — Engineer-Educators.com

Два основных свойства тока и напряжения связаны третьим свойством, известным как сопротивление. В любой электрической цепи при приложении к ней напряжения возникает ток. Сопротивление проводника будет определять количество тока, протекающего при заданном напряжении.В большинстве случаев, чем больше сопротивление цепи, тем меньше ток. Если сопротивление уменьшается, то ток будет увеличиваться. Эта зависимость носит линейный характер и известна как закон Ома.

Рисунок 38. Зависимость напряжения от тока в цепи постоянного сопротивления.

Наличие линейно-пропорциональной характеристики означает, что если одна единица во взаимосвязи увеличивается или уменьшается на определенный процент, другие переменные во взаимосвязи увеличиваются или уменьшаются на такой же процент.Например, если напряжение на резисторе удвоится, тогда удвоится ток через резистор. Следует добавить, что эта зависимость верна только в том случае, если сопротивление в цепи остается постоянным. Видно, что при изменении сопротивления изменяется и ток. График этой зависимости показан на рисунке 38, где используется постоянное сопротивление 20 Ом. Взаимосвязь между напряжением и током в этом примере показывает напряжение, нанесенное горизонтально по оси X в значениях от 0 до 120 вольт, и соответствующие значения тока, нанесенные вертикально в значениях от 0 до 6.0 ампер по оси Y. Прямая линия, проведенная через все точки пересечения линий напряжения и тока, представляет собой уравнение
I = E⁄20 и называется линейной зависимостью.

Закон Ома может быть выражен в виде следующего уравнения:

Уравнение 1

Где I — ток в амперах, E — разность потенциалов, измеренная в вольтах, а R — сопротивление, измеренное в омах. Если известны какие-либо две из этих схемных величин, третья может быть найдена простым алгебраическим транспонированием.С помощью этого уравнения мы можем рассчитать ток в цепи, если известны напряжение и сопротивление. Эту же формулу можно использовать для расчета напряжения. Умножив обе части уравнения 1 на R, мы получим эквивалентную форму закона Ома:

Уравнение 2 Уравнение 3 Рисунок 39. График закона Ома.

Все три формулы, представленные в этом разделе, эквивалентны друг другу и представляют собой просто разные способы выражения закона Ома.

Различные уравнения, которые могут быть получены путем транспонирования основного закона, могут быть легко получены с помощью треугольников на рисунке 39.

Треугольники, содержащие E, R и I, разделены на две части, где E над линией и I × R под ним. Чтобы определить неизвестную величину цепи, когда известны две другие, закройте неизвестную величину большим пальцем. Расположение оставшихся непокрытых букв в треугольнике будет указывать на математическую операцию, которую необходимо выполнить.Например, чтобы найти I, обратитесь к Рисунку 39A и прикройте I большим пальцем. Непокрытые буквы означают, что E нужно разделить на R, или I = E / R. Чтобы найти R, обратитесь к Рисунку 39B и накройте R большим пальцем. Результат показывает, что E нужно разделить на I, или R = E / I. Чтобы найти E, обратитесь к Рисунку 39C и накройте E большим пальцем. Результат показывает, что I нужно умножить на R, или E = I × R.

Эта диаграмма полезна при обучении использованию закона Ома. Его следует использовать в качестве дополнения к знаниям новичка в алгебраическом методе.

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

* Закон Ома.

* Закон Ленца.

* Правило левой руки Флеминга.

* Правило правой руки Флеминга.

* Закон электромагнитной индукции Фарадея.

Это несколько основных и простых законов. Эти законы составляют основу многих больших машин, таких как двигатель, генератор, трансформаторы и т. Д.

Мы будем изучать эти законы один за другим.

ЗАКОН ОМА

Закон Ома касается отношения между разностью потенциалов в цепи и током, протекающим в цепи.

Этот закон открыл Георг Симон Ом.

Закон Ома гласит:

Разность потенциалов (напряжение), приложенная к проводнику, прямо пропорциональна току, протекающему по нему.

V ∝ I

где V = разность потенциалов на проводнике.

I = ток, протекающий по проводнику.

Здесь постоянная пропорциональности называется СОПРОТИВЛЕНИЕМ «R».

Итак, V = I × R.

Закон Ома применяется для решения сложных электрических цепей.

Если мы построим график между напряжением V и током I, то кривая будет прямой линией, проходящей через начало координат. На этом рисунке показан график между напряжением и током.

График зависимости напряжения от тока.

Наклон линии представляет собой сопротивление проводника / цепи.

Чем выше наклон, тем выше будет сопротивление.
Чем ниже наклон, тем ниже будет сопротивление.

Обратите внимание, что закон Ома не универсальный закон. Материалы, которые подчиняются закону Ома, называются линейными материалами или омическими материалами.

ЗАКОН ЛЕНЦА

Этот закон гласит, что направление индуцированной ЭДС таково, что создаваемый им ток создает магнитное поле, которое противодействует причине, вызывающей его.

Закон Ленца указывает направление индуцированного тока .

Например: как показано на этом рисунке, стержневой магнит с северным полюсом в направлении катушки перемещается по направлению к катушке.В катушке возникнет ток. Направление тока в катушке будет таким, что он будет противодействовать движению магнита.

Направление тока в катушке будет таким, как показано на рисунке. Это направление тока создаст северный полюс по направлению к стержневому магниту. Так как северный полюс и северный полюс вызовут отталкивание между ними. Следовательно, он противодействует причине, вызывающей ток в катушке. В этом случае причиной является движение стержневого магнита.

ПРАВИЛО ЛЕВОЙ РУКИ ФЛЕМИНГА.

Это правило помогает найти направление движения проводника, помещенного в магнитное поле, по которому протекает ток.

Этот закон гласит, что:

Если проводник помещен в магнитное поле и через него течет ток, на него будет действовать сила, взаимно перпендикулярная полю и току.

Если растянуть пальцы левой руки, как показано на рисунке, то

Правило левой руки

Указательный палец будет обозначать направление магнитного поля.

Средний палец показывает направление тока.

Большой палец представляет направление силы.

Этот принцип используется в работе ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

ПРАВИЛО ПРАВОЙ РУКИ ФЛЕМИНГА.

Этот закон помогает найти направление индуцированного тока в проводнике, когда проводник движется в магнитном поле.

Это правило используется для определения направления индуцированного тока в обмотках генератора.

Если растянуть пальцы правой руки, как показано на рисунке, то

Правило правой руки

Большой палец представляет направление движения.

Указательный палец показывает направление магнитного поля.

Средний палец показывает направление индуцированного тока в проводнике.

ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ ФАРАДА .

Фарадей сформулировал два закона, связанных с электромагнитной индукцией.

Первый закон Фарадея.

Этот закон гласит, что при изменении магнитного потока, связанного с катушкой, в ней индуцируется ЭДС или когда проводник сокращает магнитный поток, в нем индуцируется ЭДС.

Способы изменения магнитного поля / магнитного потока.

1. Перемещая магнит к катушке или от нее.

2. Перемещая катушку к магнитному полю или от него.

3. Путем изменения площади катушки, помещенной в магнитное поле.

4. За счет относительного движения катушки с магнитным полем.

Второй закон Фарадея.

Этот закон гласит, что величина ЭДС, индуцированная в катушке, прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока и количеству витков в катушке.

Закон

Ома | Формула, ограничения и приложения

Сегодня я описываю закон электричества Ома. Это один из основных фундаментальных законов электричества.

Закон

Ома связан с тремя основными электрическими величинами, такими как электрический ток, разность потенциалов (или напряжение) и сопротивление.

Чтобы узнать об истории, кто открыл закон Ома?

По названию угадать несложно. Закон Ома был открыт немецким ученым-физиком д-ром Георгом Симоном Омом в 1927 году.

Начнем с начала.

Что такое закон Ома?

Закон

Ома важен и важен для каждой электрической цепи, особенно для цепи постоянного тока (DC).

Этот закон применяется в случае хорошего дирижера.

Закон Ома:

Закон Ома сформулирован как,

Электрический ток (I), проходящий через проводник, прямо пропорционален приложенному напряжению (В) между двумя выводами проводника, если физические условия остаются постоянными.

Этот закон соблюдается, если физическое состояние не меняется.

Давайте разберемся с основами.

Как протекает ток в цепи?

Число свободных электронов, беспорядочно протекающих по проводнику.Эти свободные электроны сталкиваются друг с другом. В процессе столкновения излучается энергия в виде тепла.

Создает потенциальную энергию или разность напряжений между двумя выводами (A и B) проводника. Из-за разницы напряжений электроны текут от одного вывода к другому.

Здесь сопротивление помогает течь и создает сопротивление для столкновения электронов. Таким образом, сопротивление защищает проводник от теплового воздействия.

Закон Ома для аналогии с электричеством

Итак, сопротивление является наиболее важным фактором для ограничения циркуляции тока и защиты электрической системы.

Я подробно объяснил сопротивление.

Представительство:

 Электрический ток (I) ∝ Разность потенциалов (В)

Формула:

 [разность потенциалов (В) / электрический ток (I)] = постоянная

Здесь сопротивление (R) — постоянный коэффициент.

 [разность потенциалов (В) / электрический ток (I)] = сопротивление (R)

В общем сроке

Вынуждающие количества (V) прямо пропорциональны текущим количествам, если противоположные количества (R) постоянны.

Из следующего изображения вы можете легко понять.

Это означает, что при увеличении напряжения в электрической цепи увеличивается ток.

Представительство:

 Величина усилия (V) ∝ Величина потока (I)

 Величина усилия (V) ∝ Противоположная величина (R)

Это простое объяснение закона Ома.

Закон Ома является основным для законов Кирхгофа по току и законов Кирхгофа по напряжению.

Калькулятор закона Ома

Вы можете вычислить любую неизвестную электрическую величину (исходя из электрического тока, разности потенциалов и сопротивления), если указаны две другие.

Метод треугольника для закона Ома

Я создал онлайн-калькуляторы для вычисления этих значений. Вы можете использовать их напрямую.

1. Электрический ток

Выражается в амперах (А).

Связанное чтение: Электрический ток в деталях

2. Напряжение или разность потенциалов

Разность потенциалов или напряжение выражается в вольтах (В).

3.Сопротивление

Сопротивление выражается в омах (Ом).

Резистор является физическим оборудованием и может иметь разные значения сопротивления. Вы можете рассчитать значение сопротивления резистора, используя цветовую кодировку.

Применим ли закон Ома как для переменного, так и для постоянного тока?

Закон

Ома применим только к постоянному току (DC).

Не применяется к переменному току (AC) в цепи. Переменный ток (AC) непрерывно изменяется во времени с постоянной частотой (50 Гц или 60 Гц).Эта форма волны переменного тока имеет синусоидальную природу.

Связанное чтение: Переменный и постоянный ток

Как закон Ома представлен графически?

Согласно принципу закона Ома, электрический ток (I), протекающий через проводник, прямо пропорционален приложенному напряжению (V) и обратно пропорционален сопротивлению (R).

Это означает, что когда по проводнику протекает слабый ток, в цепи возникает более высокое сопротивление, и наоборот.

В графическом представлении мы объясняем взаимосвязь между электрическим током, напряжением и сопротивлением.

На этом графике по оси абсцисс отложено напряжение, а по оси ординат — ток.

Прямая линия дает сопротивление.

Характеристики электрического тока (I) и напряжения (В)

Каковы ограничения закона Ома?

Закон Ома имеет определенные ограничения.

Это применимо к металлическим проводам, но не к неметаллическим проводам.
На практике, когда вы применяете закон Ома, сопротивление должно быть постоянным.
Расчет закона Ома затрудняется в сложных схемах.
Не распространяется на нелинейные и односторонние элементы. Закон используется для линейных элементов и двусторонних элементов схемы. (Я объяснил различные элементы электрической схемы.)

Каковы применения закона Ома?

Есть разные применения закона Ома.

Этот закон используется для определения различных электрических величин, таких как ток, напряжение, сопротивление, мощность, проводимость и т. Д.
Есть много электроприборов, например, электронагреватель, чайник работает по принципу закона Ома.
Это полезно для решения задач, связанных с эквивалентными последовательными, параллельными и последовательно-параллельными электрическими цепями.

Это все о формулировке закона Ома, объяснении, его ограничениях и полезных приложениях. Если у вас есть какие-либо вопросы, вы можете прокомментировать ниже.

Скоро я приду с другим учебником по электрике. А пока следите за обновлениями!

Спасибо за чтение!

Если вы цените то, что я делаю здесь, в DipsLab, вам следует принять во внимание:

DipsLab — это самый быстрорастущий и пользующийся наибольшим доверием сайт сообщества инженеров по электротехнике и электронике.Все опубликованные статьи доступны БЕСПЛАТНО всем.

Если вам нравится то, что вы читаете, пожалуйста, купите мне кофе (или 2) в знак признательности.

Это поможет мне продолжать оказывать услуги и оплачивать счета.

Я благодарен за вашу бесконечную поддержку.

Я получил степень магистра в области электроэнергетики. Я работаю и пишу технические руководства по ПЛК, программированию MATLAB и электричеству на DipsLab.com портал.

Я счастлив, поделившись своими знаниями в этом блоге. А иногда вникаю в программирование на Python.

Закон Ома 101: его формула, история и применение

Электрический ток, который питает вентиляторы и чайники в наших домах, регулируется законом Ома, фундаментальным правилом электрического потока, которое было дано Георгом Омом в 1827 году. Широкую применимость этого закона можно понять по тому факту, что, несмотря на то, что он был сформулирован почти 200 лет назад, он остается верным и сегодня, и имеет значение почти для всех нас в нашей повседневной жизни.

Включаете ли вы обогреватель в комнате или настраиваете утюг на режим хлопка, закон Ома — это то, что позволяет вам достичь желаемого потока тока для ваших конкретных нужд. В мире физики этот закон считается важным и важным способом определения силы электрического тока, протекающего через проводник.

Что такое закон Ома? Треугольник

Ома Источник: PNG Kit

Закон Ома объясняет взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением.Он утверждает, что при постоянной температуре и физических условиях количество электрического тока (I), проходящего через металлический проводник в цепи, прямо пропорционально напряжению (V). Ом выразил это открытие в форме простого уравнения, описывающего взаимосвязь напряжения, тока и сопротивления:

В ∝ I

В = IR

I = V / R или R = V / I

Здесь V = напряжение (вольты),

I = ток (амперы)

и R = сопротивление (Ом)

Этот закон легко понять по аналогии с наблюдением за потоком. воды через трубу.Чем больше давление воды, тем больше воды будет выходить из трубы. Точно так же при заданном значении сопротивления, когда к проводнику приложено большее напряжение, будет течь больше тока. Закон Ома также означает, что, если мы знаем значения любых двух: напряжения, тока или сопротивления в цепи, мы можем определить третье.

Вывод закона Ома из модели Друде Модель Друде. Источник: Rafaelgarcia / Wikimedia Commons

В 1900 году Пол Друде предложил модель Друде, которая упрощает объяснение движения электронов в твердом теле, например в металле.Модель использовала классическую механику, чтобы рассматривать твердое тело как фиксированный массив ядер в «море» несвязанных электронов, и кинетическую теорию газов, чтобы оценить скорость дрейфа.

Друде использовал следующую формулу для расчета средней скорости дрейфа электронов и аппроксимации проводимости ряда невалентных металлов:

p = −eEτ

Здесь p = средний импульс

−e = заряд электрона

τ = среднее время между

Плотность тока оказалась прямо пропорциональной электрическому полю, так как и плотность тока, и импульс были пропорциональны скорости дрейфа.Применив закон Ома к своей модели движения электронов, Друде смог построить модели, предсказывающие электронные транспортные свойства металлов.

История закона Ома

Источник: BerndGehrmann / Wikimedia Commons

В 1827 году закон Ома был представлен в книге Георга Ома Гальваническая цепь, математически вычисленная , но, несмотря на то, что он был настолько фундаментальным для физики электричества, этот закон не был не был хорошо принят другими учеными и критиками в то время. Тогдашний министр образования Германии посчитал открытия Георга Ома ересью и сказал, что «…. физик, исповедующий такие ереси, был недостоин преподавать науку ».

В последующие годы Ом жил в бедности, частным образом обучая в Берлине, пока в 1833 году не стал директором Политехнической школы Нюрнберга. Лондонское королевское общество признало важность его открытия и наградило его медалью Копли. В следующем году они приняли его в члены.

В 1849 году, всего за 5 лет до его смерти, мечта всей жизни Ома осуществилась, когда ему вручили Профессор экспериментальной физики Мюнхенского университета.

Закон Ома получил широкое признание, и, помимо науки об электричестве, он также оказался полезным при проектировании телеграфных систем по сравнению с предыдущим законом, данным Питером Барлоу, который ранее ошибочно заключил, что величина тока была пропорциональна площади поперечного сечения проводника.

Даже современные теории, определяющие электромагнетизм и электрические цепи, согласуются с законом Ома. Удивительно, но закон работает даже на атомарном уровне; электрический ток через кремниевые провода, состоящие из 5 атомов, все еще течет согласно соотношению, заданному в законе Ома.

Последние тенденции

Законы, выведенные Георгом Омом, до сих пор являются предметом дискуссий и экспериментов среди ученых всего мира. Каждый год проводится множество исследований, основанных либо на принципах Ома, либо в попытках избежать их воздействия.

В 2019 году исследователи из Калифорнийского университета в Беркли провели эксперимент по улучшению ионной проводимости в литий-ионных батареях. В этом эксперименте была предложена обновленная версия закона Ома для анализа силы тока через бинарные электролиты, в котором для управления током использовался постоянный потенциал.

Этот эксперимент проводился в рамках попытки усовершенствовать технологию литий-ионных аккумуляторов, которая питает нынешнее поколение электромобилей, ноутбуков, смартфонов, аэрокосмических устройств и даже некоторых технологий военного уровня.

В мае 2020 года еще один такой интересный эксперимент провела группа ученых из Окинавского института науки и технологий аспирантуры (OIST).

В то время как закон Ома предполагает, что, когда сопротивление поровну разделено между двумя путями, электроны делятся поровну по одним и тем же путям, отдел квантовой динамики в OIST провел эксперименты, чтобы найти любое отклонение в движении электронов, когда они находятся в жидкости, а не в жидкости. твердая среда.

Эксперименты, проведенные учеными из подразделения квантовой динамики, выявили некоторые интересные детали, касающиеся поведения риплополяронов (электронов, захваченных в тяжелой жидкости), и обнаружили, что в определенных ситуациях движение электронов следовало за сохранением импульса, а не за счетом Ома. Закон.

Интересные факты о законе Ома

Источник: T_Tide / Pixabay

Применение закона Ома (на основе V = IR) ограничено цепями с постоянным током (DC) только и не работает при наличии переменного тока (AC) протекает по контуру.

Этот закон также связан с конструкцией и функционированием современных электронных устройств, таких как смартфоны, ноутбуки и зарядные устройства, работающие от постоянного тока. Это позволяет инженерам рассчитать адекватную подачу энергии через эти устройства.

Единица сопротивления названа Ом (Ом) в честь Георга Ома в честь его вклада в области физики.

Считается, что этот популярный закон физики впервые открыл английский физик Генри Кавендиш, который никогда не публиковал свои научные открытия по электрическому току.Позже, когда Ом проводил собственное исследование связи между напряжением и током, он натолкнулся на аналогичные открытия и опубликовал закон под своим именем.

Амперметр постоянного тока, используемый для измерения значения постоянного тока на любом устройстве постоянного тока, также следует этому закону.

Предохранители и резисторы, которые препятствуют прохождению электрического тока и служат в качестве предохранительных компонентов в электронных приборах, работают в соответствии с формулами, указанными в законе Ома.

Закон Ома I — Действие

(0 Рейтинги)

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 10 (9–12)

Требуемое время: 3 часа

Расходные материалы на группу: 3 доллара США.00

$ 3 — для лампочек; остальные материалы доступны в большинстве школьных классов

Размер группы: 3

Зависимость действий: Нет

Тематические области: Физика, наука и технологии

Резюме

Студенты экспериментируют, чтобы увеличить силу света лампочки, проверяя батареи в последовательной и параллельной цепях.Они узнают о законе Ома, мощности, параллельных и последовательных цепях и способах измерения напряжения и тока.

Инженерное соединение

Закон Ома — основа всех электрических систем. Инженеры-электрики используют это уравнение при проектировании электрических систем. Студенты нуждаются в прочном фундаменте закона Ома при самостоятельном проектировании схем.

Цели обучения

Заявление о следующем:

Закон Ома
последовательные / параллельные цепи (способы их соединения и влияние на V и I)
компоненты схемы
мощность
приборов для измерения напряжения и тока

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными предметами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).
Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются Сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).
В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .
Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология
ГОСТ
Гавайи — наука
Массачусетс — наука
Определите и объясните компоненты цепи, включая источники, проводники, автоматические выключатели, предохранители, контроллеры и нагрузки.Примерами некоторых контроллеров являются переключатели, реле, диоды и переменные резисторы. (Оценки 9 — 12) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Объясните, как измерять и рассчитывать напряжение, ток, сопротивление и потребляемую мощность в последовательной и параллельной цепях.Определите инструменты, используемые для измерения напряжения, тока, потребляемой мощности и сопротивления. (Оценки 9 — 12) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Объясните взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением в простой цепи, используя закон Ома.(Оценки 9 — 12) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Предложите выравнивание, не указанное выше
Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?
Список материалов
Каждой группе необходимо:
1 6.Лампочка 3В
1 цоколь
3 держателя батареек AA (включая провода)
5 зажимов типа «крокодил»
две батареи на 1,5 В и / или блок питания
мультиметр
Спецификация закона Ома
Рабочие листы и приложения
Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/ohm1_act_joy], чтобы распечатать или загрузить.
Больше подобной программы
Предварительные знания
Перед тем, как начать это упражнение, познакомьте студентов с электричеством, током, напряжением, сопротивлением и законом Ома.
Следует обсудить функции и структуры компонентов схемы, таких как проводники, нагрузки и контроллеры, а существующие в цепи должны быть идентифицированы во время работы.
Также может быть включено краткое описание конструкции лампочек, а также батарей.
(необязательно) Убедитесь, что учащиеся знакомы с предоставленными материалами (проводами, батареями, лампочками, мультиметром [см. Как пользоваться мультиметром] и т. Д.), А также с мерами безопасности при работе с различными видами электричества.
Введение / Мотивация
Где бы мы были сегодня без электричества? Хотя мы можем не часто задумываться об этом, наша жизнь вращается вокруг электричества — мы зависим от него в вопросах освещения, тепла, связи, развлечений и даже здравоохранения. Эту энергию можно получать не только так, как мы обычно думаем — через линии электропередач, ведущие к нашим домам, школам и местам работы, — но также и через автономные источники энергии, такие как батареи.Поскольку батареи могут обеспечивать только заданное значение напряжения (например, батарея AA — 1,5 вольта), как заставить устройства с более высокими требованиями к напряжению работать без увеличения напряжения батареи?
Процедура
Предыстория — Основные факты
Закон Ома — это соотношение между напряжением, током и сопротивлением: уравнение закона Ома 1.
Учитывая, что сопротивление (R) устройства — в данном случае лампочки — постоянно, если бы мы изменили ток или напряжение, подаваемое на устройство, мы бы повлияли на мощность.
Сила света пропорциональна мощности (P) , подаваемой на него
Мощность определяется как ток (I) , умноженный на напряжение (В) : уравнение закона Ома 2.
Увеличивая напряжение или ток, подаваемый в цепь, мы можем увеличить мощность и, следовательно, увеличить интенсивность света.
Как мы можем изменить ток или напряжение (I или V)?
Мы можем протестировать параллельные и последовательные цепи, чтобы увидеть, как они влияют на силу света лампы, или мы можем проверить количество батарей, подключенных к цепи, и влияние этого на I, V или мощность.
Батареи, включенные в параллельную цепь, увеличивают доступный ток (I) , но не изменяют напряжение (В) .
Батареи, включенные в последовательную цепь, вызывают повышение напряжения (В) , что приводит к соответствующему увеличению тока (I) .
Со студентами
Представьте тему. Просмотрите определения ключевых слов, а также темы, упомянутые в разделе «Предпосылки».Раздайте лист данных закона Ома и другие материалы.
Группа учащихся . В зависимости от уровня учащихся попросите их поработать самостоятельно, чтобы разработать экспериментальные процедуры, проверяющие влияние выравнивания батарей на напряжение и ток (и, следовательно, на интенсивность света). Другие студенты могут следовать образцу экспериментальной процедуры. Напомните учащимся, что они должны ответить на вопросы из таблицы данных, когда эксперимент завершится с собранной информацией.
В группах:
Подключите одну 1,5-вольтовую батарею к лампочке, как показано на рисунке 1. Измерьте напряжение и ток лампы (запишите данные в таблицу) — обязательно обратите внимание на силу света. Также нарисуйте свою собственную схему и пометьте каждый компонент. Рисунок 1
Затем подключите две батареи на 1,5 В последовательно к лампочке (см. Рисунок 2). Опять же, измерьте напряжение и ток и не забудьте записать свои данные в таблицу.Обратите внимание на разницу в интенсивности света. Рисунок 2
Подключите три батареи на 1,5 В последовательно (см. Рисунок 3). Еще раз измерьте напряжение и ток и запишите свои данные. Рисунок 3
Теперь подключите две батареи на 1,5 В параллельно к лампочке (см. Рисунок 4) и измерьте напряжение и ток (снова запишите данные в свою таблицу). Есть ли увеличение или уменьшение интенсивности света? Рисунок 4
Подключите три батареи на 1,5 В параллельно (см. Рисунок 5).Снова измерьте и запишите напряжение и ток. Рисунок 5
Прокомментируйте влияние количества батарей и их расположения в цепи на вырабатываемую мощность и, следовательно, на интенсивность света.
Словарь / Определения
переменный ток: ток, который меняет направление с постоянной скоростью.
амперметр: устройство, которое измеряет ток, протекающий по цепи.
ток: поток электронов. Ток считывается путем размыкания цепи и последовательного подключения счетчика.
постоянный ток: электрический ток, который течет только в одном направлении. Положительный и отрицательный полюсы аккумулятора всегда соответственно положительный и отрицательный. Ток между этими двумя клеммами всегда течет в одном и том же направлении.
Интенсивность света: количество света, испускаемого таким источником, как электрическая лампочка.
нагрузка: устройство, потребляющее энергию или мощность.
мультиметр: устройство, измеряющее ток, напряжение и сопротивление.
параллельная цепь: цепь, которая имеет две или более ветвей для отдельных токов от одного источника напряжения.
потенциал: электрическое давление, также называемое напряжением.
мощность: скорость, с которой энергия передается чему-либо.(количество / время): измеряется в ваттах.
Сопротивление: сопротивление тела или вещества проходящему через него току, приводящее к преобразованию электрической энергии в тепло, свет или другую форму энергии. Сопротивление измеряется в Ом. Сопротивление устройства всегда одинаковое (постоянное).
серия: Цепь, которая имеет только один путь для прохождения электронов.
напряжение: сила, которая перемещает электроны.Напряжение считывается с помощью счетчика, подключенного параллельно.
вольтметр: устройство, измеряющее силу, с которой движутся электроны.
ватт: мощность, расходуемая, когда один ампер постоянного тока протекает через сопротивление 1 Ом.
Оценка
Лист данных и вопросы: После того, как учащиеся соберут данные в своих листах данных, назначьте вопросы в качестве домашнего задания или викторины / теста.Просмотрите их ответы, чтобы оценить глубину их понимания.
Вопросы для расследования
Как на яркость лампы влияет количество последовательно соединенных батарей? Объяснять.
Как на яркость лампочки влияет количество параллельно подключенных батарей? Объяснять.
Как на ток влияет количество последовательно соединенных батарей? Объяснять.
Как на ток влияет количество параллельно подключенных батарей? Объяснять.
Каковы преимущества параллельного подключения аккумуляторов?
Каковы преимущества последовательного подключения батарей?
Как батареи могут быть подключены в цепь, чтобы использовать как последовательные, так и параллельные характеристики?
Вопросы безопасности
Предупредите студентов, что лампочки нагреваются.
Осторожно используйте зажимы типа «крокодил» и мультиметры.
Советы по поиску и устранению неисправностей
Быстро проводите измерения мультиметром, чтобы избежать повреждений.
Расширения деятельности
Проведите демонстрацию, которая покажет учащимся, сколько времени нужно, чтобы израсходовать «сок» в батарее, и лучше ли использовать батареи последовательно или параллельно.См. Действие Закона Ома 2. Это может быть начато до того, как студенты начнут работать над действием Закона Ома 1.
использованная литература
Брейн, Маршалл, Чарльз Брайант и Клинт Памфри. Как работают батареи . По состоянию на 6 ноября 2011 г. http://electronics.howstuffworks.com/everyday-tech/battery.htm
Холлидей Д., Резник Р. и Уокер Дж. Основы физики .США: John Wiley & Sons, Inc., 2005.
.
Hambley, A. Принципы и применение электротехники . США: Prentice Hall, 2002.
.
авторское право
© 2013 Регенты Университета Колорадо; оригинал © 2005 Вустерский политехнический институт
Авторы
Озан Баскан
Программа поддержки
K-12 Outreach Office, Вустерский политехнический институт
Благодарности
Создание этого мероприятия было профинансировано Pratt & Whitney.
Последнее изменение: 13 октября 2021 г.
.