Закона ома физический смысл – физический смысл закона ома — физический смысл закона Ома — 22 ответа

Содержание

Физический смысл закон ома — Адвокат- юрист

Закон Ома для участка цепи теория и практика

Как надо правильно понимать закон Ома? Нужно просто один раз четко разобраться в том, что есть что в этом определении. И начать следует с определения напряжения, силы тока и сопротивления.

Напряжение U, или точнее разность потенциалов — эта такая электротехническая величина, которая заставляет электроны двигаться. Потенциал характеризует способность электрического поля совершать работу по переносу заряда из одной точки в другую. Так, между двумя любыми точками проводника существует разность потенциалов, и электрическое поле совершает некоторую работу по переносу заряда.

Измеряется эта величина в Вольтах. Один Вольт – это напряжение, которое при перемещении заряда в один Кл совершает работу, равную один Джоуль.

Сила тока I. Если в каком-то проводнике протекает ток. То есть осуществляется направленное движение заряженных частиц например, электронов. Каждый из которых обладает элементарным электрическим зарядом, то через некоторую поверхность за заданный промежуток времени протечет конкретный электрический заряд, равный сумме всех зарядов прошедших электронов.

Отношение заряда к времени и называ.n силой тока. Чем больший заряд следует через проводник за некоторое время, тем больше будет сила тока. Она измеряется в Амперах.

Итак, для понимания закона Ома, нам надо вспомнить еще один электротехнический параметр называемый — сопротивление.

Как известно, ток течет в проводнике. Двигаясь по нему под действием электрического поля, электроны сталкиваются с атомами этого проводника, он от этого нагревается, атомы в его кристаллической решетке начинают колебаться, создавая носимтелям заряда еще большее препятствие для свободного передвижения. Именно этот процесс и называют сопротивлением. Оно зависит от материала, температуры и сечения проводника, а измеряется в Омах.

Далее, вернемся к рассмотрению простой электрической цепи из прошлой лекции.

И зачитаем для нее Закон немецкого учителя Георга Ома его словами в переводе с немецкого: Сила тока на участке цепи прямо пропорционально напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Георг Ом вывел этот закон экспериментальным путем в таком далеком 1826 году. В соответствиии с законом Ома, чем больше сопротивление участка цепи, тем меньше будет сила тока. Поэтому, чем больше напряжение, тем и ток будет больше протекать в этой цепи.

Данная формулировка закона Ома — на мой взгляд очень простая и подходит для любого участка цепи. Под «участком цепи» мы подразумеваем, некоторый однородный участок, на котором отсутствуют источники тока с ЭДС. Т.е, он содержит определенное сопротивление, но на нем нет батарейки, обеспечивающей протекание самого тока.

И еще раз, но уже с формулами:

Из предыдущих лекций по основам электротехники мы уже поняли, что электрический ток, то есть поток свободных электронов, появляется в электрической цепи между двумя точками с разными потенциалами. Тогда можно сказать, что чем выше разность потенциалов, тем больше свободных электронов устремиться из точки с низким потенциалом (в данном случае Б) в точку с высоким потенциалом (А). Электрический ток выражается арифметической суммой зарядов прошедших через заданную точку и увеличение приложенного напряжения (разности потенциалов) к сопротивлению R, приведет к увеличению тока протекающего через резистор.

Но как мы знаем сопротивление препятствует прохождению электрического тока. Тогда можно сказать, что чем выше сопротивление, тем ниже будет средняя скорость движения свободных электронов в цепи, а это снижает уровень тока протекающий через резистор

Совокупность этих зависимостей известна как закон Ома для участка цепи и записывается следующей формулой:

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

Надеюсь вы помните, что: I – величина тока, протекающего через участок цепи; U – величина напряжения приложенного к участку цепи; R – сопротивление участка цепи.

Рассчитаем приложенное напряжение к участку электрической цепи, смотри рисунок выше.

Но при этом мы должны знать значение протекающего тока и сопротивление участка цепи.

Если мы знаем значения тока и напряжения, то очень легко рассчитать и сопротивление электрической цепи.

Для того, что бы вы могли быстро и правильно переводить соотношение, которое является законом Ома, не путать, когда требуется делить, а когда необходимо умножать входящие в формулу величины, поступают следующим образом. Рисуем на листе бумаги величины, из которых состоит закон Ома

Пример 1: На участке цепи, с сопротивлением 5 Ом, действует напряжение 25 В. Надо вычислить значение тока на этом участке.

Пример 2: На участке цепи действует напряжение 12 В, и протекает ток, равный 20 мА. Каково будет сопротивление?

Пример 3: Через участок цепи сопротивлением 10 кОм (10000 Ом) течет ток 20 мА (0,02 А). Каково напряжение, действующее на этом участке цепи?

Если рассматривать закон Ома для полной цепи, то формулировка его будет уже другой.

Пусть у нас есть электрическая цепь, в ней есть источник тока, создающий напряжение, и какое-то сопротивление. Хотя нет на сегодня хватит. Закон Ома для участка цепи рассмотрим в следующей лекции по электротехнике.

С помощью его можно посчитать значение тока в реальной цепи, который зависит не только от номинала сопротивления нагрузки, но и от сопротивления самого источника питания. Другими словами это закон предназначен для замкнутой цепи. Рассмотрим физический смысл его, но уже для полной цепи и чуть более детально.

www.texnic.ru

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи

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

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

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

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

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

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

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

E=I*r+I*R

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

E=I(r+R)

I=E/(r+R)

Две последние формулы выражают закона Ома для полной цепи.

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

Под общим со­противлением подразумевается сумма внешнего и внутреннего сопротивлений.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

www.sxemotehnika.ru

Закон Ома простым языком

Историческая справка

Год открытия Закон Ома — 1826 немецким ученым Георгом Омом. Он эмпирически определил и описал закон о соотношении силы тока, напряжения и типа проводника. Позже выяснилось, что третья составляющая – это не что иное, как сопротивление. Впоследствии этот закон назвали в честь открывателя, но законом дело не ограничилось, его фамилией и назвали физическую величину, как дань уважения его работам.

Величина, в которой измеряют сопротивление, названа в честь Георга Ома. Например, резисторы имеют две основные характеристики: мощность в ваттах и сопротивление – единица измерения в Омах, килоомах, мегаомах и т.д.

Закон Ома для участка цепи

Для описания электрической цепи не содержащего ЭДС можно использовать закон Ома для участка цепи. Это наиболее простая форма записи. Он выглядит так:

I=U/R

Где I – это ток, измеряется в Амперах, U – напряжение в вольтах, R – сопротивление в Омах.

Такая формула нам говорит, что ток прямопропорционален напряжению и обратнопропорционален сопротивлению – это точная формулировка Закона Ома. Физический смысл этой формулы – это описать зависимость тока через участок цепи при известном его сопротивлении и напряжении.

Внимание! Эта формула справедлива для постоянного тока, для переменного тока она имеет небольшие отличия, к этому вернемся позже.

Кроме соотношения электрических величин данная форма нам говорит о том, что график зависимости тока от напряжения в сопротивлении линеен и выполняется уравнение функции:

f(x) = ky или f(u) = IR или f(u)=(1/R)*I

Закон Ома для участка цепи применяют для расчетов сопротивления резистора на участке схемы или для определения тока через него при известном напряжении и сопротивлении. Например, у нас есть резистор R сопротивлением в 6 Ом, к его выводам приложено напряжение 12 В. Необходимо узнать, какой ток будет протекать через него. Рассчитаем:

Идеальный проводник не имеет сопротивления, однако из-за структуры молекул вещества, из которого он состоит, любое проводящее тело обладает сопротивлением. Например, это стало причиной перехода с алюминиевых проводов на медные в домашних электросетях. Удельное сопротивление меди (Ом на 1 метр длины) меньше чем алюминия. Соответственно медные провода меньше греются, выдерживают большие токи, значит можно использовать провод меньшего сечения.

Еще один пример — спирали нагревательных приборов и резисторов обладают большим удельным сопротивлением, т.к. изготавливаются из разных высокоомных металлов, типа нихрома, кантала и пр. Когда носители заряда движутся через проводник, они сталкиваются с частицами в кристаллической решетке, вследствие этого выделяется энергия в виде тепла и проводник нагревается. Чем больше ток – тем больше столкновений – тем больше нагрев.

Чтобы снизить нагрев проводник нужно либо укоротить, либо увеличить его толщину (площадь поперечного сечения). Эту информацию можно записать в виде формулы:

Где ρ – удельное сопротивление в Ом*мм 2 /м, L – длина в м, S – площадь поперечного сечения.

Закон Ома для параллельной и последовательной цепи

В зависимости от типа соединения наблюдается разный характер протекания тока и распределения напряжений. Для участка цепи последовательного соединения элементов напряжение, ток и сопротивление находятся по формуле:

I=I1=I2

U=U1+U2

R=R1+R2

Это значит, что в цепи из произвольного количества последовательно соединенных элементов протекает один и тот же ток. При этом напряжение, приложенное ко всем элементам (сумма падений напряжения), равно выходному напряжению источника питания. К каждому элементу в отдельности приложена своя величина напряжений и зависит от силы тока и сопротивления конкретного:

Сопротивление участка цепи для параллельно соединённых элементов рассчитывается по формуле:

I=I1+I2

U=U1=U2

1/R=1/R1+1/R2

Для смешанного соединения нужно приводить цепь к эквивалентному виду. Например, если один резистор соединен с двумя параллельно соединенными резисторами – то сперва посчитайте сопротивление параллельно соединенных. Вы получите общее сопротивление двух резисторов и вам остаётся сложить его с третьим, который с ними соединен последовательно.

Закон Ома для полной цепи

Полная цепь предполагает наличие источника питания. Идеальный источник питания – это прибор, который имеет единственную характеристику:

  • напряжение, если это источник ЭДС;
  • силу тока, если это источник тока;
  • Такой источник питания способен выдать любую мощность при неизменных выходных параметрах. В реальном же источнике питания есть еще и такие параметры как мощность и внутреннее сопротивление. По сути, внутреннее сопротивление – это мнимый резистор, установленный последовательно с источником ЭДС.

    Формула Закона Ома для полной цепи выглядит похоже, но добавляется внутренне сопротивление ИП. Для полной цепи записывается формулой:

    I=ε/(R+r)

    Где ε – ЭДС в Вольтах, R – сопротивление нагрузки, r – внутреннее сопротивление источника питания.

    На практике внутреннее сопротивление является долями Ома, а для гальванических источников оно существенно возрастает. Вы это наблюдали, когда на двух батарейках (новой и севшей) одинаковое напряжение, но одна выдает нужный ток и работает исправно, а вторая не работает, т.к. проседает при малейшей нагрузке.

    Закон Ома в дифференциальной и интегральной форме

    Для однородного участка цепи приведенные выше формулы справедливы, для неоднородного проводника необходимо его разбить на максимально короткие отрезки, чтобы изменения его размеров были минимизированы в пределах этого отрезка. Это называется Закон Ома в дифференциальной форме.

    Иначе говоря: плотность тока прямо пропорциональной напряжённости и удельной проводимости для бесконечно малого участка проводника.

    В интегральной форме:

    Закон Ома для переменного тока

    При расчете цепей переменного тока вместо понятия сопротивления вводят понятие «импеданс». Импеданс обозначают буквой Z, в него входит активное сопротивление нагрузки Ra и реактивное сопротивление X (или Rr). Это связано с формой синусоидального тока (и токов любых других форм) и параметрами индуктивных элементов, а также законов коммутации:

    1. Ток в цепи с индуктивностью не может измениться мгновенно.
    2. Напряжение в цепи с ёмкостью не может измениться мгновенно.

    Таким образом, ток начинает отставать или опережать напряжение, и полная мощность разделяется на активную и реактивную.

    U=I/Z

    XL и XC – это реактивные составляющие нагрузки.

    В связи с этим вводится величина cosФ:

    Здесь – Q – реактивная мощность, обусловленная переменным током и индуктивно-емкостными составляющими, P – активная мощность (выделяется на активных составляющих), S – полная мощность, cosФ – коэффициент мощности.

    Возможно, вы заметили, что формула и её представление пересекается с теоремой Пифагора. Это действительно так и угол Ф зависит от того, насколько велика реактивная составляющая нагрузки – чем её больше, тем он больше. На практике это приводит к тому, что реально протекающий в сети ток больше чем тот, что учитывается бытовым счетчиком, предприятия же платят за полную мощность.

    При этом сопротивление представляют в комплексной форме:

    Здесь j – это мнимая единица, что характерно для комплексного вида уравнений. Реже обозначается как i, но в электротехнике также обозначается и действующее значение переменного тока, поэтому, чтобы не путаться, лучше использовать j.

    Мнимая единица равняется √-1. Логично, что нет такого числа при возведении в квадрат, которого может получиться отрицательный результат «-1».

    Как запомнить закон Ома

    Чтобы запомнить Закон Ома – можно заучить формулировку простыми словами типа:

    Чем больше напряжение – тем больше ток, чем больше сопротивление – тем меньше ток.

    Или воспользоваться мнемоническими картинками и правилами. Первая это представление закона Ома в виде пирамиды – кратко и понятно.

    Мнемоническое правило – это упрощенный вид какого-либо понятия, для простого и легкого его понимания и изучения. Может быть либо в словесной форме, либо в графической. Чтобы правильно найти нужную формулу – закройте пальцем искомую величину и получите ответ в виде произведения или частного. Вот как это работает:

    Вторая – это карикатурное представление. Здесь показано: чем больше старается Ом, тем труднее проходит Ампер, а чем больше Вольт – тем легче проходит Ампер.

    Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео, в котором простыми словами объясняется Закон Ома и его применение:

    Закон Ома – один из основополагающих в электротехнике, без его знания невозможна бОльшая часть расчетов. И в повседневной работе часто приходится переводить амперы в киловатты или по сопротивлению определять ток. Совершенно не обязательно понимать его вывод и происхождение всех величин – но конечные формулы обязательны к освоению. В заключении хочется отметить, что есть старая шуточная пословица у электриков: «Не знаешь Ома – сиди дома». И если в каждой шутке есть доля правды, то здесь эта доля правды – 100%. Изучайте теоретические основы, если хотите стать профессионалом на практике, а в этом вам помогут другие статьи из нашего сайта.

    samelectrik.ru

    Закон Ома для замкнутой цепи

    Закон Ома для замкнутой цепи показывает — значение тока в реальной цепи зависит не только от сопротивления нагрузки, но и от сопротивления источника.

    Формулировка закона Ома для замкнутой цепи звучит следующим образом: величина тока в замкнутой цепи, состоящей из источника тока, обладающего внутренним и внешним нагрузочным сопротивлениями, равна отношению электродвижущей силы источника к сумме внутреннего и внешнего сопротивлений.

    Впервые зависимость тока от сопротивлений была экспериментально установлена и описана Георгом Омом в 1826 году.

    Формула закона Ома для замкнутой цепи записывается в следующем виде:

    • I [А] – сила тока в цепи,
    • ε [В] – ЭДС источника напряжения,
    • R [Ом] – сопротивление всех внешних элементов цепи,
    • r [Ом] – внутреннее сопротивление источника напряжения
    • Физический смысл закона

      Потребители электрического тока вместе с источником тока образуют замкнутую электрическую цепь. Ток, проходящий через потребитель, проходит и через источник тока, а значит, току кроме сопротивления проводника оказывается сопротивление самого источника. Таким образом, общее сопротивление замкнутой цепи будет складываться из сопротивления потребителя и сопротивления источника.

      Физический смысл зависимости тока от ЭДС источника и сопротивления цепи заключается в том, что чем больше ЭДС, тем больше энергия носителей зарядов, а значит больше скорость их упорядоченного движения. При увеличении сопротивления цепи энергия и скорость движения носителей зарядов, следовательно, и величина тока уменьшаются.

      Зависимость можно показать на опыте. Рассмотрим цепь, состоящую из источника, реостата и амперметра. После включения в цепи идет ток, наблюдаемый по амперметру, двигая ползунок реостата, увидим, что при изменении внешнего сопротивления ток будет меняться.

      Примеры задач на применение закона Ома для замкнутой цепи

      К источнику ЭДС 10 В и внутренним сопротивлением 1 Ом подключен реостат, сопротивление которого 4 Ом. Найти силу тока в цепи и напряжение на зажимах источника.

      • ε = 10 В
      • r = 1 Ом
      • R = 4 Ом
      • I – ?
      • U – ?
      • Запишем закон Ома для замкнутой цепи — I=ε/(R+r) .
      • Падение напряжения на зажимах источника найдем по формуле U=ε-Ir=εR/(R+r).
      • Подставим заданные значения и вычислим I=(10 В)/((4+1)Ом)=2 А, U=(10 В∙4Ом)/(4+1)Ом=8 В.
      • Ответ: 2 А, 8 В.
      • При подключении к батарее гальванических элементов резистора сопротивлением 20 Ом сила тока в цепи была 1 А, а при подключении резистора сопротивлением 10 Ом сила тока стала 1,5 А. Найти ЭДС и внутреннее сопротивление батареи.

        zakon-oma.ru

        1.Понятие о токе

        Определение: Направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц называется электрическим током.

        Если речь идет о движении микрочастиц, то говорят о токе проводимости. А, если о движении макрочастиц, то говорят о токе конвекции.

        Исторически сложилось, что за направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.

        2.Плотность тока и сила тока

        Для характеристики постоянного тока вводят две физические величины: векторную – плотность тока и скалярную – сила тока.

        Определение: Плотностью тока называется физическая величина, определяющая заряд, прошедший через площадку dS за время dt следующим образом.

        Пусть все частицы одинаковые и имеют заряд q и скорость υ, которая называется средней или упорядоченной или дрейфовой скоростью.

        Определение: Силой тока называется поток плотности тока через какую-либо поверхность.

        Силу тока можно определять как заряд, прошедший через поперечное сечение проводника за время Δt. Данное выражение используется для определения единицы заряда.

        3.Единицы силы и плотности тока

        Определение: 1 Ампер – единица СИ электрического тока, равная силе такого неизменяющегося тока, который при прохождении по двум бесконечно длинным проводникам ничтожно малой площади поперечного сечения вызывает силу взаимодействия между ними 2·10 -7 Н на 1 м длины.

        Плотность тока измеряется в А/м 2 .

        4.Действия электрического тока

        Непосредственно наблюдать электрический ток нельзя. О его существовании судят по макроскопическим проявлениям.

        Измерительные приборы, определяющие ток.

        Приборы нагревательных элементов.

        Происходят химические превращения при протекании тока.

        5.Уравнение непрерывности

        Закон сохранения заряда утверждает, что в замкнутой системе заряд сохраняется. Если система не замкнута, то заряд может изменяться.

        Данное уравнение называется уравнением непрерывности в интегральной форме. Производная по времени связана с временной зависимостью заряда. Данное уравнение считается постулатом. По смыслу – это закон изменения заряда.

        Используя понятие объемной плотности заряда и формулу Остроградского-Гаусса

        – уравнение непрерывности в дифференциальной форме.

        Если ток постоянный, то , следовательно, линии плотности тока являются замкнутыми.

        6.Поле в проводнике при постоянном токе

        Если есть ток, значит, есть движение зарядов, следовательно, есть сила, которая заставляет двигаться заряды, есть ток, есть напряженность, которая направлена вдоль тока. В общем случае напряженность направлена под углом к поверхности. Если есть напряженность, то градиент потенциала вдоль проводника не равен нулю, следовательно, потенциал вдоль проводника изменяется. Говорят о падении потенциала.

        7.Закон Ома в дифференциальной форме

        Плотность тока и напряженность вдоль проводника взаимосвязаны между собой. Разумно предположить, что это самая простая связь, т.е. линейная.

        где σ – удельная электропроводность.

        Данный закон является постулатом.

        Для металлов закон выполняется почти всегда, для полуметаллов начинаются отклонения при очень больших плотностях тока. Для других линейную связь можно заменить тензорной и закон Ома замыкает уравнения Максвелла.

        Из этого соотношения следует, что линии плотности тока и линии напряженности при постоянном токе совпадают, а, следовательно, распределение полей можно изучать по распределению тока (метод электролитической ванны).

        8.Закон Ома в интегральной форме.

        Наряду с удельной электропроводностью, вводят понятие удельного сопротивления.

        Сила тока I вдоль проводника не изменяется.

        Интеграл в левой части назовем сопротивлением проводника между точками 1 и 2.

        – напряжение между точками электрической цепи.

        – закон Ома в интегральной форме.

        9.Сопротивление и проводимость.

        Сопротивление зависит от геометрии и от вещества, из которого сделан проводник.

        Для цилиндрического проводника одинакового поперечного сечения оно вычисляется особенно просто.

        Измерив сопротивление, можно вычислить ёмкость и наоборот.

        Данное устройство иногда называется конденсатором с утечкой.

        По физическому смыслу, удельное сопротивление – это сопротивление куба вещества с ребром 1 м, если подводящие провода подключены к центрам противоположных граней.

        tsput.ru

    advokatee.ru

    Закон Ома для участка цепи и полной цепи: формулы и объяснение

    Для электрика и электронщика одним из основных законов является Закон Ома. Каждый день работа ставит перед специалистом новые задачи, и зачастую нужно подобрать замену сгоревшему резистору или группе элементов. Электрику часто приходится менять кабеля, чтобы выбрать правильный нужно «прикинуть» ток в нагрузке, так приходится использовать простейшие физические законы и соотношения в повседневной жизни. Значение Закона Ома в электротехники колоссально, к слову большинство дипломных работ электротехнических специальностей рассчитываются на 70-90% по одной формуле.

    Историческая справка

    Год открытия Закон Ома  — 1826 немецким ученым Георгом Омом. Он эмпирически определил и описал закон о соотношении силы тока, напряжения и типа проводника. Позже выяснилось, что третья составляющая – это не что иное, как сопротивление. Впоследствии этот закон назвали в честь открывателя, но законом дело не ограничилось, его фамилией и назвали физическую величину, как дань уважения его работам.

    Величина, в которой измеряют сопротивление, названа в честь Георга Ома. Например, резисторы имеют две основные характеристики: мощность в ваттах и сопротивление – единица измерения в Омах, килоомах, мегаомах и т.д.

    Закон Ома для участка цепи

    Для описания электрической цепи не содержащего ЭДС можно использовать закон Ома для участка цепи. Это наиболее простая форма записи. Он выглядит так:

    I=U/R

    Где I – это ток, измеряется в Амперах, U – напряжение в вольтах, R – сопротивление в Омах.

    Такая формула нам говорит, что ток прямопропорционален напряжению и обратнопропорционален сопротивлению – это точная формулировка Закона Ома. Физический смысл этой формулы – это описать зависимость тока через участок цепи при известном его сопротивлении и напряжении.

    Внимание! Эта формула справедлива для постоянного тока, для переменного тока она имеет небольшие отличия, к этому вернемся позже.

    Кроме соотношения электрических величин данная форма нам говорит о том, что график зависимости тока от напряжения в сопротивлении линеен и выполняется уравнение функции:

    f(x) = ky или f(u) = IR или f(u)=(1/R)*I

    Закон Ома для участка цепи применяют для расчетов сопротивления резистора на участке схемы или для определения тока через него при известном напряжении и сопротивлении. Например, у нас есть резистор R сопротивлением в 6 Ом, к его выводам приложено напряжение 12 В. Необходимо узнать, какой ток будет протекать через него. Рассчитаем:

    I=12 В/6 Ом=2 А

    Идеальный проводник не имеет сопротивления, однако из-за структуры молекул вещества, из которого он состоит, любое проводящее тело обладает сопротивлением. Например, это стало причиной перехода с алюминиевых проводов на медные в домашних электросетях. Удельное сопротивление меди (Ом на 1 метр длины) меньше чем алюминия. Соответственно медные провода меньше греются, выдерживают большие токи, значит можно использовать провод меньшего сечения.

    Еще один пример — спирали нагревательных приборов и резисторов обладают большим удельным сопротивлением, т.к. изготавливаются из разных высокоомных металлов, типа нихрома, кантала и пр. Когда носители заряда движутся через проводник, они сталкиваются с частицами в кристаллической решетке, вследствие этого выделяется энергия в виде тепла и проводник нагревается. Чем больше ток – тем больше столкновений – тем больше нагрев.

    Чтобы снизить нагрев проводник нужно либо укоротить, либо увеличить его толщину (площадь поперечного сечения). Эту информацию можно записать в виде формулы:

    Rпровод=ρ(L/S)

    Где ρ – удельное сопротивление в Ом*мм2/м, L – длина в м, S – площадь поперечного сечения.

    Закон Ома для параллельной и последовательной цепи

    В зависимости от типа соединения наблюдается разный характер протекания тока и распределения напряжений. Для участка цепи последовательного соединения элементов напряжение, ток и сопротивление находятся по формуле:

    I=I1=I2

    U=U1+U2

    R=R1+R2

    Это значит, что в цепи из произвольного количества последовательно соединенных элементов протекает один и тот же ток. При этом напряжение, приложенное ко всем элементам (сумма падений напряжения), равно выходному напряжению источника питания. К каждому элементу в отдельности приложена своя величина напряжений и зависит от силы тока и сопротивления конкретного:

    Uэл=I*Rэлемента

    Сопротивление участка цепи для параллельно соединённых элементов рассчитывается по формуле:

    I=I1+I2

    U=U1=U2

    1/R=1/R1+1/R2

    Для смешанного соединения нужно приводить цепь к эквивалентному виду. Например, если один резистор соединен с двумя параллельно соединенными резисторами – то сперва посчитайте сопротивление параллельно соединенных. Вы получите общее сопротивление двух резисторов и вам остаётся сложить его с третьим, который с ними соединен последовательно.

    Закон Ома для полной цепи

    Полная цепь предполагает наличие источника питания. Идеальный источник питания – это прибор, который имеет единственную характеристику:

    • напряжение, если это источник ЭДС;
    • силу тока, если это источник тока;

    Такой источник питания способен выдать любую мощность при неизменных выходных параметрах. В реальном же источнике питания есть еще и такие параметры как мощность и внутреннее сопротивление. По сути, внутреннее сопротивление – это мнимый резистор, установленный последовательно с источником ЭДС.

    Формула Закона Ома для полной цепи выглядит похоже, но добавляется внутренне сопротивление ИП. Для полной цепи записывается формулой:

    I=ε/(R+r)

    Где ε – ЭДС в Вольтах, R – сопротивление нагрузки, r – внутреннее сопротивление источника питания.

    На практике внутреннее сопротивление является долями Ома, а для гальванических источников оно существенно возрастает. Вы это наблюдали, когда на двух батарейках (новой и севшей) одинаковое напряжение, но одна выдает нужный ток и работает исправно, а вторая не работает, т.к. проседает при малейшей нагрузке.

    Закон Ома в дифференциальной и интегральной форме

    Для однородного участка цепи приведенные выше формулы справедливы, для неоднородного проводника необходимо его разбить на максимально короткие отрезки, чтобы изменения его размеров были минимизированы в пределах этого отрезка. Это называется Закон Ома в дифференциальной форме.

    Иначе говоря: плотность тока прямо пропорциональной напряжённости и удельной проводимости для бесконечно малого участка проводника.

    В интегральной форме:

    Закон Ома для переменного тока

    При расчете цепей переменного тока вместо понятия сопротивления вводят понятие «импеданс». Импеданс обозначают буквой Z, в него входит активное сопротивление нагрузки Ra и реактивное сопротивление X (или Rr). Это связано с формой синусоидального тока (и токов любых других форм) и параметрами индуктивных элементов, а также законов коммутации:

    1. Ток в цепи с индуктивностью не может измениться мгновенно.
    2. Напряжение в цепи с ёмкостью не может измениться мгновенно.

    Таким образом, ток начинает отставать или опережать напряжение, и полная мощность разделяется на активную и реактивную.

    U=I/Z

    XL и XC – это реактивные составляющие нагрузки.

    В связи с этим вводится величина cosФ:

    Здесь – Q – реактивная мощность, обусловленная переменным током и индуктивно-емкостными составляющими, P – активная мощность (выделяется на активных составляющих), S – полная мощность, cosФ – коэффициент мощности.

    Возможно, вы заметили, что формула и её представление пересекается с теоремой Пифагора. Это действительно так и угол Ф зависит от того, насколько велика реактивная составляющая нагрузки – чем её больше, тем он больше. На практике это приводит к тому, что реально протекающий в сети ток больше чем тот, что учитывается бытовым счетчиком, предприятия же платят за полную мощность.

    При этом сопротивление представляют в комплексной форме:

    Здесь j – это мнимая единица, что характерно для комплексного вида уравнений. Реже обозначается как i, но в электротехнике также обозначается и действующее значение переменного тока, поэтому, чтобы не путаться, лучше использовать j.

    Мнимая единица равняется √-1. Логично, что нет такого числа при возведении в квадрат, которого может получиться отрицательный результат «-1».

    Как запомнить закон Ома

    Чтобы запомнить Закон Ома – можно заучить формулировку простыми словами типа:

    Чем больше напряжение – тем больше ток, чем больше сопротивление – тем меньше ток.

    Или воспользоваться мнемоническими картинками и правилами. Первая это представление закона Ома в виде пирамиды – кратко и понятно.

    Мнемоническое правило – это упрощенный вид какого-либо понятия, для простого и легкого его понимания и изучения. Может быть либо в словесной форме, либо в графической. Чтобы правильно найти нужную формулу – закройте пальцем искомую величину и получите ответ в виде произведения или частного. Вот как это работает:

    Вторая – это карикатурное представление. Здесь показано: чем больше старается Ом, тем труднее проходит Ампер, а чем больше Вольт – тем легче проходит Ампер.

    Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео, в котором простыми словами объясняется Закон Ома и его применение:

    Закон Ома – один из основополагающих в электротехнике, без его знания невозможна бОльшая часть расчетов. И в повседневной работе часто приходится переводить амперы в киловатты или по сопротивлению определять ток. Совершенно не обязательно понимать его вывод и происхождение всех величин – но конечные формулы обязательны к освоению. В заключении хочется отметить, что есть старая шуточная пословица у электриков: «Не знаешь Ома – сиди дома». И если в каждой шутке есть доля правды, то здесь эта доля правды – 100%. Изучайте теоретические основы, если хотите стать профессионалом на практике, а в этом вам помогут другие статьи из нашего сайта.

    samelectrik.ru

    Закон Ома для замкнутой цепи

    Закон Ома для замкнутой цепи показывает — значение тока в реальной цепи зависит не только от сопротивления нагрузки, но и от сопротивления источника.

    Формулировка закона Ома для замкнутой цепи звучит следующим образом: величина тока в замкнутой цепи, состоящей из источника тока, обладающего внутренним и внешним нагрузочным сопротивлениями, равна отношению электродвижущей силы источника к сумме внутреннего и внешнего сопротивлений.

    Впервые зависимость тока от сопротивлений была экспериментально установлена и описана Георгом Омом в 1826 году.

    Формула закона Ома для замкнутой цепи записывается в следующем виде:

    где:

    • I [А] – сила тока в цепи,
    • ε [В] – ЭДС источника напряжения,
    • R [Ом] – сопротивление всех внешних элементов цепи,
    • r [Ом] – внутреннее сопротивление источника напряжения

    Физический смысл закона

    Потребители электрического тока вместе с источником тока образуют замкнутую электрическую цепь. Ток, проходящий через потребитель, проходит и через источник тока, а значит, току кроме сопротивления проводника оказывается сопротивление самого источника. Таким образом, общее сопротивление замкнутой цепи будет складываться из сопротивления потребителя и сопротивления источника.

    Физический смысл зависимости тока от ЭДС источника и сопротивления цепи заключается в том, что чем больше ЭДС, тем больше энергия носителей зарядов, а значит больше скорость их упорядоченного движения. При увеличении сопротивления цепи энергия и скорость движения носителей зарядов, следовательно, и величина тока уменьшаются.

    Зависимость можно показать на опыте. Рассмотрим цепь, состоящую из источника, реостата и амперметра. После включения в цепи идет ток, наблюдаемый по амперметру, двигая ползунок реостата, увидим, что при изменении внешнего сопротивления ток будет меняться.

    Примеры задач на применение закона Ома для замкнутой цепи

    К источнику ЭДС 10 В и внутренним сопротивлением 1 Ом подключен реостат, сопротивление которого 4 Ом. Найти силу тока в цепи и напряжение на зажимах источника.

    Дано:Решение:
    • ε = 10 В
    • r = 1 Ом
    • R = 4 Ом
    • Запишем закон Ома для замкнутой цепи — I=ε/(R+r) .
    • Падение напряжения на зажимах источника найдем по формуле U=ε-Ir=εR/(R+r).
    • Подставим заданные значения и вычислим I=(10 В)/((4+1)Ом)=2 А, U=(10 В∙4Ом)/(4+1)Ом=8 В./li>
    • Ответ: 2 А, 8 В.

    При подключении к батарее гальванических элементов резистора сопротивлением 20 Ом сила тока в цепи была 1 А, а при подключении резистора сопротивлением 10 Ом сила тока стала 1,5 А. Найти ЭДС и внутреннее сопротивление батареи.

    Дано:Решение:
    • R1 = 20 Ом
    • R2 = 10 Ом
    • I1 = 1 A
    • I2 = 1.5 A
    • Запишем закон Ома для замкнутой цепи — I=ε/(R+r) .
    • Отсюда для каждого сопротивления получим ε=I_1 R_1+I_1 r, ε=I_2 R_2+I_2 r.
      .
    • Приравняем правые части уравнений и найдем внутреннее сопротивление r=(I_1 R_1-I_2 R_2)/(I_2-I_1 ).
    • Подставим полученное значение в закон Ома ε=(I_1 I_2 (R_2-R_1))/(I_2-I_1 ).
    • Произведем вычисления r=(1А∙20 Ом-1,5А∙10Ом)/(1,5-1)А=10 Ом, ε=(1А∙1,5А(20-10)Ом)/((1,5-1)А)=30 В.
    • Ответ: 30 В, 10 Ом.

    zakon-oma.ru

    формула удельного сопротивления и закон Ома

    Закон Ома является основным законом электрических цепей. При этом он позволяет объяснять многие явления природы. Например, можно понять, почему электричество не «бьет» птиц, которые сидят на проводах. Для физики закон Ома является крайне значимым. Без его знания невозможно было бы создавать стабильно работающие электрические цепи или вовсе не было бы электроники.

    Зависимость I = I(U) и ее значение

    История открытия сопротивления материалов напрямую связана с вольт-амперной характеристикой. Что это такое? Возьмем цепь с постоянным электрическим током и рассмотрим любой ее элемент: лампу, газовую трубку, металлический проводник, колбу электролита и т. д.

    Меняя напряжение U (часто обозначается как V), подаваемое на рассматриваемый элемент, будем отслеживать изменение силы тока (I), проходящего через него. Как итог, мы получим зависимость вида I = I (U), которая носит название «вольт-амперная характеристика элемента» и является прямым показателем его электрических свойств.

    Вольт-амперная характеристика может выглядеть по-разному для различных элементов. Самый простой ее вид получается при рассмотрении металлического проводника, что и сделал Георг Ом(1789 — 1854).

    Вольт-амперная характеристика — это линейная зависимость. Поэтому ее графиком служит прямая линия.

    Закон в простой форме

    Исследования Ома по изучению вольт-амперных характеристик проводников показали, что сила тока внутри металлического проводника пропорциональна разности потенциалов на его концах (I ~ U) и обратно пропорциональна некоему коэффициенту, то есть I ~ 1/R. Этот коэффициент стал называться «сопротивление проводника», а единица измерения электрического сопротивления — Ом или В/А.

    Стоит отметить еще вот что. Закон Ома часто используется для расчета сопротивления в цепях.

    Формулировка закона

    Закон Ома говорит, что сила тока (I) отдельно взятого участка цепи пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна его сопротивлению.

    Следует заметить, что в таком виде закон остается верным только для однородного участка цепи. Однородной называется та часть электрической цепи, которая не содержит источника тока. Как пользоваться законом Ома в неоднородной цепи, будет рассмотрено ниже.

    Позже опытным путем было установлено, что закон остается справедливым и для растворов электролитов в электрической цепи.

    Физический смысл сопротивления

    Сопротивление — это свойство материалов, веществ или сред препятствовать прохождению электрического тока. Количественно сопротивление в 1 Ом означает, что в проводнике при напряжении 1 В на его концах способен проходить электрический ток силой 1 А.

    Удельное электрическое сопротивление

    Экспериментальным методом было установлено, что сопротивление электрического тока проводника зависит от его размеров: длина, ширина, высота. А также от его формы (сфера, цилиндр) и материала, из которого он сделан. Таким образом, формула удельного сопротивления, например, однородного цилиндрического проводника будет: R = р*l/S.

    Если в этой формуле положить s = 1 м2 и l = 1 м, то R численно будет равен р. Отсюда вычисляется единица измерения для коэффициента удельного сопротивления проводника в СИ — это Ом*м.

    В формуле удельного сопротивления р — это коэффициент сопротивления, определяемый химическими свойствами материала, из которого изготовлен проводник.

    Для рассмотрения дифференциальной формы закона Ома, необходимо рассмотреть еще несколько понятий.

    Плотность тока

    Как известно, электрический ток — это строго упорядоченное движение любых заряженных частиц. Например, в металлах носителями тока выступают электроны, а в проводящих газах — ионы.

    Возьмем тривиальный случай, когда все носители тока однородны — металлический проводник. Мысленно выделим в этом проводнике бесконечно малый объем и обозначим через u среднюю (дрейфовую, упорядоченную) скорость электронов во взятом объеме. Далее пусть n обозначает концентрацию носителей тока в единице объема.

    Теперь проведем бесконечно малую площадь dS перпендикулярно вектору u и построим вдоль скорости бесконечно малый цилиндр с высотой u*dt, где dt — обозначает время, за которое все носители скорости тока, содержавшиеся в рассматриваемом объеме, пройдут сквозь площадку dS.

    При этом электронами сквозь площадку будет перенесен заряд, равный q = n*e*u*dS*dt, где e — заряд электрона. Таким образом, плотность электрического тока — это вектор j = n*e*u, обозначающий количество заряда, переносимого в единицу времени через единицу площади.

    Один из плюсов дифференциального определения закона Ома заключается в том, что часто можно обойтись без расчета сопротивления.

    Электрический заряд. Напряженность электрического поля

    Напряженность поля наряду с электрическим зарядом является фундаментальным параметром в теории электричества. При этом количественное представление о них можно получить из простых опытов, доступных школьникам.

    Для простоты рассуждений будем рассматривать электростатическое поле. Это электрическое поле, которое не изменяется со временем. Такое поле может быть создано неподвижными электрическими зарядами.

    Также для наших целей необходим пробный заряд. В его качестве будем использовать заряженное тело — настолько малое, что оно не способно вызывать какие-либо возмущения (перераспределение зарядов) в окружающих объектах.

    Рассмотрим поочередно два взятых пробных заряда, последовательно помещенных в одну точку пространства, находящуюся под воздействием электростатического поля. Получается, что заряды будут подвергаться неизменному во времени воздействию с его стороны. Пусть F1 и F2 — это силы, воздействующие на заряды.

    В результате обобщения опытных данных было установлено, что силы F1 и F2 направлены либо в одну, либо в противоположные стороны, а их отношение F1/F2 является независимым от точки пространства, куда были поочередно помещены пробные заряды. Следовательно, отношение F1/F2 является характеристикой исключительно самих зарядов, и никак не зависит от поля.

    Открытие данного факта позволило охарактеризовать электризацию тел и в дальнейшем было названо электрическим зарядом. Таким образом, по определению получается q1/q2 = F1/F2, где q1 и q2 — величина зарядов, помещаемых в одну точку поля, а F1 и F2 — силы, действующие на заряды со стороны поля.

    Из подобных соображений были экспериментально установлены величины зарядов различных частиц. Условно положив в соотношение один из пробных зарядов равным единице, можно вычислить величину другого заряда, измерив соотношение F1/F2.

    Через известный заряд можно охарактеризовать любое электрическое поле. Таким образом, сила, действующая на единичный пробный заряд, находящийся в состоянии покоя, называется напряженностью электрического поля и обозначается E. Из определения заряда получаем, что вектор напряженности имеет следующий вид: E = F/q.

    Связь векторов j и E. Другая форма закона Ома

    В однородном проводнике упорядоченное движение заряженных частиц будет происходить по направлению вектора E. А это значит, что векторы j и E будут сонаправлены. Как и при определении плотности тока, выделим в проводнике бесконечно малый цилиндрический объем. Тогда через поперечное сечение этого цилиндра будет проходить ток, равный j*dS, а напряжение, приложенное к цилиндру, будет равно E*dl. Также известна формула удельного сопротивления цилиндра.

    Тогда, записав формулу силы тока двумя способами, получим: j = E/р, где величина 1/р носит название удельной электрической проводимости и является обратной к удельному электрическому сопротивлению. Ее принято обозначать σ (сигма) или λ (лямбда). Единицей измерения проводимости является См/м, где См — это Сименс. Единица, обратная Ом.

    Таким образом, можно ответить на вопрос, поставленный выше, о законе Ома для неоднородной цепи. В таком случае на носителей тока будет действовать сила со стороны электростатического поля, которая характеризуется напряженностью E1, и другие силы, воздействующие на них со стороны другого источника тока, которые можно обозначить E2. Тогда Закон Ома применительно к неоднородному участку цепи будет иметь вид: j = λ(E1 + E2).

    Подробнее о проводимости и сопротивлении

    Способность проводника проводить электрический ток характеризуется его удельным сопротивлением, которое можно найти через формулу удельного сопротивления, или удельной проводимостью, рассчитывающейся как обратное проводимости. Величина данных параметров определяется как химическими свойствами материала проводника, так и внешними условиями. В частности температурой окружающей среды.

    Для большинства металлов удельное сопротивление при нормальной температуре пропорционально ей, то есть р ~ T. Однако при низких температурах наблюдаются отклонения. У большого ряда металлов и сплавов при температурах, близких к 0°К, расчет сопротивления показывал нулевые значения. Это явление получило название сверхпроводимости. Таким свойством обладают, например, ртуть, олово, свинец, алюминий и др. Для каждого металла существует свое критическое значение температуры Tk, при которой наблюдается явление сверхпроводимости.

    Также отметим, что определение удельного сопротивления цилиндра можно обобщить для проводов, состоящих из одного материала. В таком случае площадь поперечного сечения из формулы удельного сопротивления будет равна сечению провода, а l — его длине.

    fb.ru

    Смысл закона ома — Ваше право

    Закон Ома для полной цепи теория и практика

    Абсолютно любые потребители электрического тока (например, лампы накаливания) вместе с источником тока (ЭДС) образуют замкнутую электрическую цепь. На рисунке ниже как раз показан простейший вариант замкнутой электрической схемы, состоящая из стандартного автомобильного аккумулятора и лампочки со спиралью (представлена на рисунке в виде сопротивления).

    Пусть у нас есть простая, но полная электрическая цепь, в ней есть источник тока, создающий напряжение, и какое-то сопротивление.

    Закон Ома для полной цепи определения

    Ток, следующий через нагрузку, проходит также и через собственно сам источник тока. Следовательно, протеканию тока, препятствует как собственное сопротивление проводника, так и еще внутреннее сопротивление ЕДС, например в аккумуляторной батареи это сопротивление электролита между пластинами и пограничных слоев электролита и пластин). Поэтому, общее сопротивление схемы будет складываться из двух его составляющих.

    Сопротивление нагрузки (лампочки накаливания), подключенной к ЭДС, называют внешним сопротивлением, а сопротивление самого источника тока — внутренним. Внутреннее сопротивление обозначается маленькой латинской буквой r.

    Если по схеме протекает ток I, то для поддержания его во внешней цепи согласно закону Ома между ее концами должна иметься разность потенциалов, равная (I*R). Но этот же ток идет и по внутренней цепи. Поэтому, для поддержания тока во внутренней части схемы, также требуется разность потенциалов между концами сопротивления r. Эта разность равна I*r. Поэтому, ЭДС аккумулятора должна иметь величину:

    Из этой формулы видно, что электродвижущая сила в цепи равна сумме внешнего и внутреннего падений напряжения:

    Из этой формулы:

    Эти две формулы выражают закона Ома для полной цепи. В устном варианте его можно озвучит так: сила тока в любой замкнутой схеме прямо пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна общему сопротивлению. Повторю, что под общим сопротивлением имеется ввиду сумма внешнего и внутреннего сопротивлений.

    Объяснение закона Ома для полой цепи практически ничем не отличается от объяснения закона Ома для участка цепи. Как видим из математических формул выше, сопротивление складывается из собственно сопротивления и внутреннего сопротивления источника тока, а вместо напряжения в формуле фигурирует электродвижущая сила источника. Кстати, о том, что такое что такое ЭДС, для тех кто забыл, можно почитать здесь:

    Как понять закон Ома? Чтобы интуитивно его понять, обратимся к аналогии представления тока в виде жидкости. Именно так и рассуждал Георг Ом, когда в 1826 годупроводил опыты, благодаря которым был открыт закон Ома, кстати названный в честь его открытия.

    Итак, предположим что электрический ток — это не движение элементарных частиц заряда в проводнике, а движение потока жидкости в трубе. Сначала воду необходимо поднять насосом на водокачку, оттуда, под действием потенциальной энергии, она потечет вниз и течет по трубе. Причем, чем выше насос закачает жидкость, тем быстрее вода потечет в трубе. Отсюда легко сделать вывод о том, что скорость потока воды (или сила тока в проводнике) будет тем больше, чем больше потенциальная энергия воды (разность потенциалов — напряжение).

    Таким образом, сила тока прямо пропорциональна напряжению.

    Гидравлическое сопротивление — это сопротивление трубы, обусловленное ее шероховатостью и диаметром стенок. Можно предположить, что чем больше диаметр, тем меньше сопротивление трубы, и тем большее количество жидкости (больший ток) способен пройти через ее сечение. Т.о можно сказать, что сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.

    Такую условную аналогию можно использовать только для принципиального понимания работы закона Ома для полной цепи, на самом деле это довольно грубое и не точное приближение, которое, тем не менее, находит свое применение на практике.

    В действительности, сопротивление вещества зависит от колебания атомов кристаллической решетки, а ток обусловлен движением свободных носителей заряда. В металлических веществах свободными носителями заряда являются электроны, сорвавшиеся со своих атомных атомных орбит.

    Закон Ома для неоднородного участка цепи

    Простой вариант закона Ома справедлив для так называемого однородного участка, то есть участка, на котором отсутствуют источники тока. Сейчас мы представим вывод формулы более общего соотношения, из которых следует как закон Ома для однородного участка, так и полученный выше закон для полной цепи

    Участок считается неоднородным, если на нём имеется собственный источник тока. Иными словами можно сказать, неоднородный участок это участок с ЭДС

    На рисунке ниже изображен неоднородный участок, включающий резистор R и источник тока. ЭДС источника равна какому-то значению E его внутреннее сопротивление считаем равным нулю

    Сила тока на этом участке равна I, ток следует от точки a к точке b. Причем он может быть создан не только одним лишь источником E Так как, рассматриваемый на рисунке участок, как правило, входит в состав более сложной схемы (не показанной на рисунке), а в этой сложной схеме могут иметься и другие токовые источники. Поэтому общий ток является результатом совокупного действия всех отдельных источников, имеющихся в схеме. Полный вариант текста можно скачать по зеленой ссылке чуть выше.

    Итак, переходим от теории к практике. Необходимо вычислить силу тока, если известно что сопротивление равно 11 Ом, а источник подключенный к ней имеет ЭДС 12 В и внутреннее сопротивление 1 Ом.

    Источник ЭДС подсоединен к сопротивлению с номиналом 10 Ом с помощью медного провода длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2. Определить силу тока, зная что ЭДС источника 12 В, а внутреннее сопротивление 1,9825 Ом.


    Обучающий видеофильм для закрепления полученных знаний по теме закон Ома

    www.texnic.ru

    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:

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

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

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

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

    Другие статьи про электричество в простом и доступном изложении:

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

    Рис 1. Применение закона Ома для участка цепи

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    electricalschool.info

    Закон Ома для всей цепи

    Согласно закону Ома величина тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна э. д. с. источника электрической энергии и обратно пропорциональна сопротивлению всей цепи:

    где I — величина тока, А;

    Е- э. д. с. источника тока, В;

    R- сопротивление внешнего участка цепи ,ом;

    r- сопротивление внутреннего участка цепи, ом.

    В замкнутой электрической цепи ток протекает по внешнему участку (R) и через сам источник тока, который, как и всякий проводник, обладает определенной величиной электрического сопротивления. Оно называется внутренним сопротивлением источника тока и обозначается r

    Закон Ома является одним из основных законов электротехники.

    Физический смысл зависимости тока от э. д. с. источника электрической энергии и сопротивления цепи заключается в том, что, чем больше э. д. с., тем больше энергия носителей зарядов, т. е. больше скорость их направленного, упорядоченного движения. При увеличении сопротивления цепи энергия и скорость движения носителей, а следовательно, и величина тока уменьшаются.

    Э. д. с. не зависит от величины тока и сопротивления, так же как величина сопротивления не может быть изменена уменьшением тока или уменьшением э. д. с. .

    Э. д. с. зависит только от свойств источника тока, а сопротивление — от материала, размеров и температуры проводника.

    stoom.ru

    Смысл закона ома

    • Лучшие сверху
    • Первые сверху
    • Актуальные сверху

    180 комментариев

    Ответьте мне, уважаемые подписчики и все кто читает эту тему, на один вопрос:
    Допустим, мы взяли весы и уровняли их 2 мя сосудами, одинокого наполненными (не до полна) водой.
    Далее, в один из сосудов, мы немного опустим грузик, но оставим в руке, как поведут себя весы? (и почему, по вашему мнению?)

    PS. Больно много людей, не понимают зависимость давления от высоты водяного столба.. )

    Можно я, можно я. =)

    Сначала думал, что весы останутся в неизменном состоянии, т.к. рука удерживает перетягивает весь вес тела на себя.

    Но я изменил свою точку зрения: сторона с грузом перевесит, верно? Если бы сосуд был пустой и так же держали в сосуде груз, не было б разницы, но там жидкость, которая соприкасается с грузом. Я не знаю теории, объясню свой ход мыслей своими словами: груз оказывает давление на воду, перебрасывает часть своего веса на воду, которая уже оказывает давление в итоге на сосуд, который установлен на весах —> перевешивает.

    pikabu.ru

    Цель работы: изучение движения зарядов внутри проводника и проверка закона Ома для проводников.

    Электропроводность проводника определяется наличием в нем свободных носителей заряда (электроны в металле, положительные и отрицательные ионы в электролитах). Предположим, что носители тока слабо взаимодействуют друг с другом, а взаимодействие их с другими частицами сводится к соударениям. Кроме того, будем считать, что движение этих частиц подчиняется законам классической механики, что справедливо для полупроводников или электролитов, но не справедливо для металлов.

    В отсутствие электрического поля частицы в проводнике (которые приближенно можно считать свободными) совершают хаотическое движение, сталкиваясь при этом с ионами на узлах кристаллической решетки, с атомами примесей и т.д. Все направления движения свободных частиц равноправны, и какого-нибудь потока частиц, то есть тока, не возникает. Поэтому усредненные по всему коллективу частиц проекции скорости равны нулю. Если проводник находится в электрическом поле, то на частицы действуют направленные силы. Если следить за какой-нибудь частицей, то можно обнаружить, что на тепловое хаотическое движение частицы накладывается направленное движение ее под действием силы со стороны электрического поля (так называемый дрейф).

    Рассмотрим движение одной частицы. Пусть заряженная частица с зарядом е и массой m движется в однородном электрическом поле. Сила, действующая на частицу со стороны поля, равна , где – напряженность поля, которую можно считать постоянной. Тогда уравнение ее движения имеет вид:

    Пусть вектор напряженности направлен по оси Ох, тогда ускорение частицы тоже направлено по этой оси и равно . Если начальная скорость частицы равна нулю, то в момент времени t она равна , а средняя скорость вдвое меньше, за некоторый промежуток времени τ она равна

    Примем такую модель. Будем считать, что движущиеся заряженные частицы сталкиваются с другими частицами через одинаковое время τ, которое можно отождествить со средним временем между соударениями. Будем считать, что в среднем в результате соударения частицы останавливаются, а после этого они снова начинают движение в электрическом поле с нулевой начальной скоростью. По этой причине можно считать, что частицы движутся в электрическом поле со средней скоростью, даваемой формулой (1).

    Сила тока – это заряд, переносимый движущимися частицами за единицу времени, а плотность тока равна силе тока через сечение проводника с площадью, равной единице. Найдем связь между плотностью тока и скоростью направленного движения частиц. Пусть частицы движутся влево со скоростью v (рис. 1). За время t они проходят путь, равный l = vt. Таким образом, за это время сечение S проводника пересекут только те частицы, которые отстоят от него на расстояние, меньшее или равное l, т.е. те частицы, которые находятся внутри цилиндра высотой l = vt и объема V = S(vt). Если концентрация частиц равна n, то их число в этом объеме равно N = nV = nS(vt). Пусть заряд одной частицы равен q. Тогда за время t через сечение проводника протекает суммарный заряд N частиц, равный Q = qN = qnSvt. Следовательно, сила тока через проводник равна , а плотность тока – .

    В рассматриваемом нами случае вектор плотности тока направлен в направлении приложенного поля, т.е. вдоль оси Ох. Величина j пропорциональна средней скорости направленного движения, а именно j = еnavn. Подставляя сюда avn из формулы (1), получим:

    Это выражение называют законом Ома в дифференциальной форме. Величина

    называется коэффициентом электропроводности или просто электропроводностью данного проводника, а коэффициент пропорциональности между средней скоростью направленного движения зарядов avn и напряженностью приложенного электрического поля Е называют подвижностью носителей тока. Из формулы (2) видно, что подвижность выражается следующим образом:

    Электропроводность и подвижность связаны друг с другом соотношением: s = enl.

    Смысл закона Ома заключается в том, что средняя скорость направленного движения носителей тока пропорциональна напряженности электрического поля, т.е. пропорциональна действующей на частицы силе. Закон Ома выполняется для металлов, полупроводников, электролитов, т.е. для тех веществ, в которых носители тока испытывают большое число соударений. При этом данный закон выполняется при не слишком сильных полях, когда роль соударений велика. Закон Ома не выполняется при токах в вакууме, так как в этом случае носители тока практически не испытывают столкновений. Закон Ома очень ограниченно выполняется в плазме, так как в плазме обычно непостоянно число носителей тока. Отметим, что выражение для коэффициента электропроводности (3) соответствует опыту гораздо хуже, чем сам закон Ома. Это выражение более или менее применимо для полупроводников или электролитов, но совершенно не пригодно для металлов, в то время как сам закон Ома для металлов выполняется достаточно хорошо.

    Обычно в физике и особенно в электротехнике применяется закон Ома в другом виде – в так называемой интегральной форме. Получим вид этого закона.

    Рассмотрим участок однородного проводника, имеющего для простоты цилиндрическую форму (рис. 2). Пусть площадь поперечного сечения проводника S, а длина l. К концам проводника приложена разность потенциалов U = j1 j2, то есть внутри проводника действует электрическое поле . Поэтому в проводнике возникает электрический ток, плотность тока, согласно закону Ома, j = sЕ. Если ток распределен равномерно по сечению проводника, то сила тока I = jS = sES.

    В случае однородного поля напряженность поля Е связана с потенциалом соотношением: . Поэтому сила тока в проводнике , откуда .

    Величина (удельное сопротивление ) называется сопротивлением данного участка проводника. Тогда закон Ома в интегральной форме имеет вид:

    ido.tsu.ru

    lubnitsa.ru

    Физика. — Закон Ома

    Зако́н Ома — это физический закон, определяющий связь между напряжением, силой тока и сопротивлением проводника в электрической цепи. Назван в честь его первооткрывателя Георга Ома.
    Суть закона проста: сила тока в проводнике прямо пропорциональна
    напряжению между концами проводника, если при прохождении тока свойства
    проводника не изменяются. Следует также иметь в виду, что закон Ома
    является фундаментальным и может быть применён к любой физической
    системе, в которой действуют потоки частиц или полей, преодолевающие
    сопротивление. Его можно применять для расчёта гидравлических,
    пневматических, магнитных, электрических, световых, тепловых потоков и
    т. д., также, как и Правила Кирхгофа, однако, такое приложение этого закона используется крайне редко в рамках узко специализированных расчётов.



    Ток, А|  Напряжение, В|  Сопротивление, Ом|  Мощность, Вт
    IU R   P

    История закона Ома

    Георг Ом, проводя эксперименты с проводником, установил, что сила тока I в проводнике пропорциональна напряжению U, приложенному к его концам:

    ,

    или

    .

    Коэффициент пропорциональности назвали электропроводностью, а величину принято именовать электрическим сопротивлением проводника.

    Закон Ома был открыт в 1827 году.


    Закон Ома в интегральной форме

    Схема, иллюстрирующая три составляющие закона Ома



    Диаграмма, помогающая запомнить закон Ома. Нужно закрыть нужную величину, и два других символа дадут формулу для ее вычисления

    Закон Ома для участка электрической цепи имеет вид:

    U = RI

    где:

    • U — напряжение или разность потенциалов,
    • I — сила тока,
    • R — сопротивление.

    Закон Ома также применяется ко всей цепи, но в несколько изменённой форме:

    ,

    где:

    • — ЭДС цепи,
    • I — сила тока в цепи,
    • R — сопротивление всех элементов цепи,
    • r — внутреннее сопротивление источника питания.

    Закон Ома в дифференциальной форме

    Сопротивление R зависит как от
    материала, по которому течёт ток, так и от геометрических размеров
    проводника. Полезно переписать закон Ома в так называемой
    дифференциальной форме, в которой зависимость от геометрических
    размеров исчезает, и тогда закон Ома описывает исключительно
    электропроводящие свойства материала. Для изотропных материалов имеем:

    где:

    • — вектор плотности тока,
    • σ — удельная проводимость,
    • — вектор напряжённости электрического поля.

    Все величины, входящие в это уравнение, являются функциями координат
    и, в общем случае, времени. Если материал анизотропен, то направления
    векторов плотности тока и напряжённости могут не совпадать. В этом
    случае удельная проводимость является тензором ранга (1, 1).

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


    Закон Ома для переменного тока

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

    где:

    • U = U0eiωt — напряжение или разность потенциалов,
    • I — сила тока,
    • Z = Reiδ — комплексное сопротивление (импеданс),
    • R = (Ra2+Rr2)1/2 — полное сопротивление,
    • Rr = ωL — 1/ωC — реактивное сопротивление (разность индуктивного и емкостного),
    • Rа — активное (омическое) сопротивление, не зависящее от частоты,
    • δ = —arctg Rr/Ra — сдвиг фаз между напряжением и силой тока.

    При этом переход от комплексных переменных в значениях тока и
    напряжения к действительным (измеряемым) значениям может быть
    произведен взятием действительной или мнимой части (но во всех
    элементах цепи одной и той же!) комплексных значений этих величин.
    Соответственно, обратный переход строится для, к примеру, U = U0sin(ωt + φ) подбором такой , что . Тогда все значения токов и напряжений в схеме надо считать как

    Если ток изменяется во времени, но не является синусоидальным (и
    даже периодическим), то его можно представить как сумму синусоидальных
    Фурье-компонент. Для линейных цепей можно считать компоненты
    фурье-разложения тока действующими независимо.

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


    Объяснение закона Ома

    Закон Ома можно просто объяснить при помощи теории Друде

    fizika.my1.ru

    Закон Ома

    Закон Ома — Один из самых применяемых законов в электротехнике. Данный закон раскрывает связь между тремя важнейшими величинами: силой тока, напряжением и сопротивлением. Выявил эту связь Георгом Омом в 1820-е годы именно поэтому этот закон и получил такое название.

    Формулировка закона Ома следующая:
    Величина силы тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна его сопротивлению.

    Эту зависимость можно выразить формулой:

    I=U/R

    Где I – сила тока, U — напряжение, приложенное к участку цепи, а R — электрическое сопротивление участка цепи.
    Так, если известны две из этих величин можно легко вычислить третью.
    Понять закон Ома можно на простом примере. Допустим, нам необходимо вычислить сопротивление нити накаливания лампочки фонарике и нам известны величины напряжения работы лампочки и сила тока, необходимая для ее работы (сама лампочка, чтобы вы знали имеет переменное сопротивление, но для примера примем его как постоянное). Для вычисления сопротивления необходимо величину напряжения разделить на величину силы тока. Как же запомнить формулу закона Ома, чтобы правильно провести вычисления? А сделать это очень просто! Вам нужно всего лишь сделать себе напоминалку как на указанном ниже рисунке.
    Теперь закрыв рукой любую из величин вы сразу поймете, как ее найти. Если закрыть букву I, становится ясно, что чтобы найти силу тока нужно напряжение разделить на сопротивление.
    Теперь давайте разберемся, что значат в формулировке закона слова « прямо пропорциональна и обратно пропорциональна. Выражение «величина силы тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку» означает, что если на участке цепи увеличится напряжение, то и сила тока на данном участке также увеличится. Простыми словами, чем больше напряжение, тем больше ток. И выражение «обратно пропорциональна его сопротивлению» значит, что чем больше сопротивление, тем меньше будет сила тока.

    Рассмотрим пример с работой лампочки в фонарике. Допустим, что для работы фонарика нужны три батарейки, как показано на схеме ниже, где GB1 — GB3 — батарейки, S1 — выключатель, HL1 — лампочка.

    Примем, что сопротивление лампочки условно постоянно, хотя нагреваясь её сопротивление увеличивается. Яркость лампочки будет зависеть от силы тока, чем она больше, тем ярче горит лампочка. А теперь, представьте, что вместо одной батарейки мы вставили перемычку, уменьшив тем самым напряжение.
    Что случится с лампочкой?
    Она будет светить более тускло (сила тока уменьшилась), что подтверждает закон Ома:
    чем меньше напряжение, тем меньше сила тока.

    Вот так просто работает этот физический закон, с которым мы сталкиваемся в повседневной жизни.
    Бонус специально для вас шуточная картинка не менее красочно объясняющая закон Ома.

    Это была обзорная статья. Более подробно об этом законе, мы говорим в следующей статье «Закон Ома для участка цепи», рассматривая всё на других более сложных примерах.

    Если не получается с физикой, английский для детей (http://www.anylang.ru/order-category/?slug=live_language) как вариент альтернативного развития.


    Если материал был полезен, вы можете отправить донат или поделиться данным материалом в социальных сетях:


    reshit.ru