Закон Ома
Закон Ома для участка цепи
Закон Ома для участка цепи гласит, что сила тока (I) на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению (U) на концах участка цепи и обратно пропорциональна его сопротивлению (R).
Онлайн калькулятор
Найти силу тока
Напряжение: U = В
Сопротивление: R = Ом
Формула
Пример
Если напряжение на концах участка цепи U = 12 В, а его электрическое сопротивление R = 2 Ом, то:
Сила тока на этом участке I = 12 /2= 6 А
Найти напряжение
Сила тока: I = A
Сопротивление: R = Ом
Формула
Пример
Если сила тока на участке цепи I = 6 А, а электрическое сопротивление этого участка R = 2 Ом, то:
Напряжение на этом участке U = 6⋅2 = 12 В
Найти сопротивление
Напряжение: U = В
Сила тока: I = A
Формула
Пример
Если напряжение на концах участка цепи U = 12 В, а сила тока на участке цепи I = 6 А, то:
Электрическое сопротивление на этом участке R = 12 /6 = 2 Ом
Закон Ома для полной цепи
Закон Ома для полной цепи гласит, что сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи электродвижущей силе (ЭДС) и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника.
Онлайн калькулятор
Найти силу тока
ЭДС: ε = В
Сопротивление всех внешних элементов цепи: R = Ом
Внутреннее сопротивление источника напряжения: r = Ом
Формула
Пример
Если ЭДС источника напряжения ε = 12 В, сопротивление всех внешних элементов цепи R = 4 Ом, а внутреннее сопротивление источника напряжения r = 2 Ом, то:
Найти ЭДС
Сила тока: I = А
Сопротивление всех внешних элементов цепи: R = Ом
Внутреннее сопротивление источника напряжения: r = Ом
Формула
Пример
Если сила тока в цепи I = 2A, сопротивление всех внешних элементов цепи R = 4 Ом, а внутреннее сопротивление источника напряжения r = 2 Ом, то:
Найти внутреннее сопротивление источника напряжения
Сила тока: I = А
ЭДС: ε = В
Сопротивление всех внешних элементов цепи: R = Ом
Внутреннее сопротивление источника напряжения: r =
Формула
Пример
Если сила тока в цепи I = 2A, сопротивление всех внешних элементов цепи R = 4 Ом, а ЭДС источника напряжения ε = 12 В, то:
Внутреннее сопротивление источника напряжения r = 12/2 — 4 = 2 Ом
Найти сопротивление всех внешних элементов цепи
Сила тока: I = А
ЭДС: ε = В
Внутреннее сопротивление источника напряжения: r = Ом
Сопротивление всех внешних элементов цепи: R =
Формула
Пример
Если сила тока в цепи I = 2A, внутреннее сопротивление источника напряжения r = 2 Ом, а ЭДС источника напряжения ε = 12 В, то:
Сопротивление всех внешних элементов цепи: R = 12/2 — 2 = 4 Ом
Источник
Физика: формула напряжения тока. Как найти и вычислить электрическое напряжение?
Формула напряжения в физике — это представление электрической потенциальной энергии на единицу заряда. Если ток был размещен в определенном месте, напряжение указывает на ее потенциальную энергию в этой точке. Другими словами, это измерение силы, содержащейся в электрическом поле или цепи в данной точке. Он равен работе, которую нужно было бы выполнить за единицу заряда против электрического поля, чтобы переместить его из одной точки в другую.
Напряжение является скалярной величиной, у него нет направления. Закон Ома гласит, что интенсивность равна текущему временному сопротивлению.
Единицы измерения в формуле
В формуле, определяющей напряжение, значением СИ является вольт. Таким образом, что 1В = 1 джоуль/кулон. Вольт назван в честь итальянского физика Алессандро Вольта, который изобрел химическую батарею.
Это означает, что в формуле напряжения в физике один кулон заряда получит один джоуль потенциальной энергии, когда он будет перемещен между двумя точками, где разность электрических потенциалов составляет один вольт. При напряжении 12, один кулон заряда получит 12 джоулей потенциальной энергии.
Батарея на шесть вольт имеет потенциал для одного кулона заряда, чтобы получить шесть джоулей потенциальной энергии между двумя местоположениями. Батарея на девять вольт имеет потенциал для одного кулона заряда, чтобы получить девять джоулей потенциальной энергии.
Как работает закон в реальной жизни
Формулу напряжения в физике иногда очень сложно понять. Более конкретным примером из реальной жизни является резервуар для воды со шлангом, идущим снизу. Жидкость представляет собой накопленный заряд. Требуется работа, чтобы наполнить бак водой. Это создает запас жидкости. Как разделение заряда в батарее. Чем больше ее в резервуаре, тем сильнее давление — и вода может выходить через шланг с большей энергией. Если бы в аквариуме было меньше жидкости, она вышла бы с минимальным количеством интенсивности.
Пример с обычной водой
Этот потенциал давления эквивалентен напряжению. Чем больше воды в баке, тем сильнее воздействие. Чем мощнее заряд хранится в батарее, тем выше напряжение.
Когда открываешь шланг, течет поток воды. Давление в резервуаре определяет, насколько быстро он вытекает. Электрический ток измеряется в амперах. Чем больше вольт, тем сильнее А тока. Значит, чем сильнее давление воды, тем быстрее она вытечет из бака.
Тем не менее ток также зависит от сопротивления. В случае шланга — это его ширина. Широкая труба позволяет пропускать больше воды за меньшее время, а узкая — противостоит потоку жидкости. С электрическим током также может быть сопротивление, измеренное в Омах.
По какой формуле определяется напряжение
Закон Ома гласит, что U равно текущему временному сопротивлению.
Если это 12-вольтовая батарея, то ее значение составляет два Ом, а ток составит шесть ампер. Если сопротивление было одним Ом, ток был бы 12 ампер.
Формула напряжения в физике гласит, что интенсивность, разница электрического потенциала и давления — это различие между двумя точками. Отличие в данном случае между двумя объектами (т. е. их напряжением) в статическом электрическом поле определяется как работа, необходимая на единицу заряда для перемещения испытательного резерва между точками. В Международной системе единиц полученный блок называется напряжением.
Различные используемые величины
В СИ работа выражается в джоулях на кулон, где 1 вольт = 1 джоуль за 1 кулон. Официальное определение СИ для вольта использует мощность и ток, где 1 вольт = 1 ватт (мощности) на 1 ампер (тока). Это определение эквивалентно более часто используемому «джоулю на кулон». Напряжение или разность электрических потенциалов обозначается символически DV, но чаще просто как V, например, в контексте Ома или Правилах Кирхгофа.
Различия электрического потенциала между точками могут быть вызваны зарядом, током через магнитное поле или некоторой комбинацией этих трех составляющих.
Вольтметр может быть использован для измерения напряжения (или разности потенциалов) между двумя точками в системе; часто в качестве одного объекта используется общий опорный потенциал, такой как заземление системы. Напряжение может представлять собой либо источник энергии (электродвижущая сила) либо потерянную, использованную или накопленную (падение потенциала) энергию.
Существует несколько полезных способов узнать какая формула напряжения в конкретном случае необходима.
Грубо говоря, сила определяется так, что отрицательно заряженные объекты притягиваются к более высоким напряжениям, а положительно — к более низким. Поэтому обычный ток в проводе или резисторе всегда течет от меньшего к большему.
Исторически формула закона напряжения упоминалась с использованием такого термина, как давление. Даже сегодня «натяжение» все еще применяется в таком контексте, например, в термине «высокое напряжение», которое обычно употребляется в электронике на основе термоэлектронных клапанов (вакуумных трубок).
Как найти напряжение, формула. Потенциал электрического поля
Увеличение напряжения с некоторой точки xA в какой-то момент xB дан кем-то.
В этой формуле для вычисления напряжения увеличение от точки A до B равно работе, которую нужно было бы выполнить за единицу заряда, против электрического поля, чтобы переместить частицу с A на B, не вызывая какого-либо ускорения. Математически это выражается как криволинейный интеграл от электрического поля вдоль этого пути. Согласно данному определению, разность напряжений между двумя точками не формируется однозначно, когда существуют изменяющиеся во времени магнитные поля, поскольку электрическая сила не является консервативной в таких случаях.
Если используется это определение напряжения, любая цепь, в которой существуют изменяющиеся во времени магнитные поля, например, ряды, содержащие индукторы, не будет иметь четко определенного напряжения между узлами в цепи. Однако если магнитные поля надлежащим образом содержатся в каждом компоненте, то электрическое является консервативным во внешней области, и составляющие хорошо определены в ней. В этом случае напряжение на индукторе, если смотреть со стороны, оказывается.
Несмотря на то, что внутреннее электрическое поле в катушке равно нулю (при условии, что это идеальный проводник). Существует еще несколько способов, чтобы узнать, какая формула напряжения необходима в конкретном случае.
Определение через разложение электрического поля
Используя приведенное выше понятие, потенциал не находится на одном месте, когда магнитные поля меняются со временем. В физике иногда полезно обобщать электрическое значение, рассматривая только консервативную часть поля. Это делается с помощью следующего разложения, используемого в электродинамике.
В показанной выше формуле Е — индуцированный — вращательное электрическое поле, обусловленное изменяющимися во времени магнитными фонами. В этом случае сила между точками всегда определяется однозначно.
Еще один способ
Разберем формулу механического напряжения в физике, теории цепей.
В схемотехническом анализе и электротехнике сила на катушке индуктивности не считается нулевым или неопределенным, как предполагает стандартное определение. Это связано с тем, что инженеры-электрики используют модель с сосредоточенными элементами для представления и анализа цепей.
При этом предполагается, что в области окружающего ряда нет магнитных полей, и их влияние содержится в «сосредоточенных элементах», которые являются идеализированными и автономными составляющими схемы, используемыми для моделирования физических компонентов. Если предположение о незначительных утечках полей является слишком неточным, их эффекты могут быть смоделированы паразитными компонентами.
Однако в случае физического индуктора идеальное представление с сосредоточенными параметрами часто является точным. Это связано с тем, что поля утечки в индуктивности, как правило, незначительны, особенно если заряд представляет собой тороид. Если протекшие поля небольшие, можно найти, что является независимым от пути, и на клеммах индуктора имеется четко определенное напряжение. Это причина того, что измерения с помощью вольтметра на катушке часто в достаточной степени не зависят от расположения измерительных проводов.
Гидравлическая аналогия
Простая параллель для электрического контура в формуле изменения напряжения — вода, протекающая по замкнутому трубопроводу, приводимая в действие механическим насосом. Это можно назвать «водным контуром». Разность потенциалов между двумя точками соответствует отличием давлений между ними. Если насос создает перепад напора, то вода, текущая из одной колбы в другую, сможет выполнять работу, например, приводить турбину в движение. Точно так же работа может выполняться электрическим током, управляемым разностью потенциалов, обеспечиваемой батареей. Например, напряжение, которое достаточно заряжено автомобильным аккумулятором, может «проталкивать» большой ток через обмотки стартерного двигателя. Если насос не работает, он не создает разности давлений, и турбина не вращается. Аналогично если аккумуляторная батарея машины очень слаба или разряжена, то она не будет вращать стартер.
Гидравлическая аналогия является полезным способом понимания многих электрических концепций. В такой системе напряжение вычисляется по формуле давления, умноженного на объем перемещаемого заряда. В электрической цепи работа, выполняемая для передвижения частиц или других носителей, равна «электрическому давлению», умноженному на количество перемещенных электрочастиц. Чем больше перепад давления между двумя точками в отношении потока (разность потенциалов или перепад давления воды), тем больше расстояние между ними (электрический ток или поток воды).
Измерительные приборы
Инструментарий для определения напряжения включает в себя вольтметр, потенциометр и осциллограф. Первый работает путем измерения тока через фиксированный резистор, который, согласно закону Ома, пропорционален напряжению. Потенциометр работает путем балансировки неизвестного напряжения с известным в мостовой цепи. Катодно-лучевой осциллограф вычисляет, усиливая U и используя его для отклонения электронного луча от прямой траектории.
Типичные напряжения
Общий поток для батарей фонарика составляет 1,5 V. А совместное напряжение для автомобильных аккумуляторов — 12 вольт.
Общая сила, поставляемая большими энергокомпаниями потребителю, составляет от 110 до 120 вольт и от 220 до 240 вольт. Напряжения в передаче энергии, используемые для распределения всего тока от электростанций, может быть в несколько сотен раз больше, чем любые потребительские напряжения, как правило, от 110 до 1200 кВ (переменного тока).
Сила, которая используется в воздушных линиях для питания всех железнодорожных локомотивов, составляет от 12 кВ до 50 кВ (переменного тока) или от 1,5 кВ до 3 кВ (постоянного тока).
Потенциал Гальвани
Внутри проводящего материала на энергию электрона влияют не только средние возможности, но и конкретная тепловая и атомная среда, в которой он находится. Когда вольтметр подключен между двумя различными типами металла, он не измеряет разность электростатического потенциала.
Величина, измеренная с помощью вольтметра, является отрицательной и обычно называется разностью напряжений. В то время как чистая нескорректированная электростатическая возможность (неизмеряемая с помощью вольтметра) иногда называется Гальванической. Термины «напряжение» и «электрический потенциал» неоднозначны в том смысле, что на практике они могут относиться к любому из них в различных контекстах.
Источник
Загрузить PDF
Загрузить PDF
В параллельной цепи резисторы соединены таким образом, что электрический ток в цепи делится между резисторами и проходит через них одновременно (сравните это с автодорогой, которая разделяется на две параллельные дороги и делит поток машин на два потока, движущихся параллельно друг другу). В этой статье мы расскажет вам, как вычислить напряжение, силу тока и сопротивление в параллельной цепи.
Шпаргалка
- Формула для вычисления общего сопротивления RT в параллельной цепи: 1/RT = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + …
- Напряжение в параллельной цепи одинаковое на каждом ее элементе: VT = V1 = V2 = V3 = …
- Формула для вычисления общей силы тока в параллельной цепи: IT = I1 + I2 + I3 + …
- Закон Ома: V = IR
-
1
Определение. Параллельная цепь — это цепь, в которой ток течет из точки А в точку В одновременно по нескольким элементам цепи (то есть поток электронов разбивается на несколько потоков, которые на конечном участке цепи вновь объединяются в единый поток). В большинстве задач, в которых присутствует параллельная цепь, нужно вычислить напряжение, сопротивление и силу тока.
- Элементы, подключенные параллельно, находятся на отдельных ветвях цепи.
-
2
Сила тока и сопротивление в параллельных цепях. Представьте себе автостраду с несколькими полосами, на каждой из которых установлен пункт пропуска, замедляющий движение автомобилей. Построив новую полосу, вы увеличите скорость движения (даже если и на этой полосе вы поставите пункт пропуска). Аналогично с параллельной цепью — добавив новую ветвь, вы уменьшите общее сопротивление цепи и увеличите силу тока.
-
3
Общая сила тока в параллельной цепи равна сумме силы тока на каждом элементе этой цепи. То есть, если известна сила тока на каждом резисторе, сложите эти силы тока, чтобы найти общую силу тока в параллельной цепи: IT = I1 + I2 + I3 + …
-
4
Общее сопротивление в параллельной цепи. Оно вычисляется по формуле: 1/RT = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + …, где R1, R2 и так далее — это сопротивление соответствующих элементов (резисторов) этой цепи.
- Например, параллельная цепь включает два резистора и сопротивление каждого равно 4 Ом. 1/RT = 1/4 + 1/4 → 1/RT = 1/2 → RT = 2 Ом. То есть общее сопротивление параллельной цепи с двумя элементами, сопротивления которых равны, в два раза меньше сопротивления каждого резистора.
- Если какая-либо ветвь параллельной цепи не имеет сопротивления (0 Ом), то весь ток пройдет именно через эту ветвь.[1]
-
5
Напряжение. Напряжение — это разность электрических потенциалов между двумя точками электрической цепи. Так как здесь рассматриваются две точки без учета пути движения тока по цепи, напряжение в параллельной цепи одинаково на каждом элементе этой цепи, то есть: VT = V1 = V2 = V3 = …
-
6
Вычислите значения неизвестных величин по закону Ома. Закон Ома описывает взаимосвязь между напряжением V, силой током I и сопротивлением R: V = IR. Если вам известны значения двух величин из этой формулы, вы можете найти значение третьей величины.
- Вы можете применить закон Ома для всей цепи (V = ITRT) или для одной ветви этой цепи (V = I1R1).
Реклама
-
1
Нарисуйте таблицу, чтобы облегчить решение задачи, особенно если неизвестны значения сразу нескольких величин в данной параллельной цепи.[2]
Рассмотрим пример электрической цепи с тремя параллельными ветвями. Обратите внимание, что здесь под ветвями подразумеваются резисторы с сопротивлениями R1, R2, R3.R1 R2 R3 Общее Единицы измерения V В I А R Ом -
2
Внесите в таблицу данные вам значения. Например, к электрической цепи подключена батарея, напряжение которой равно 12 В. Цепь включает три параллельные ветви с сопротивлениями 2 Ом, 4 Ом, 9 Ом.
R1 R2 R3 Общее Единицы измерения V 12 В I А R 2 4 9 Ом -
3
Заполните значения напряжения для каждого элемента цепи. Помните, что общее напряжение в параллельной цепи и напряжение на каждом резисторе этой цепи равны.
R1 R2 R3 Общее Единицы измерения V 12 12 12 12 В I А R 2 4 9 Ом -
4
Вычислите силу тока на каждом резисторе по закону Ома. Так как теперь в каждом столбце вашей таблицы есть значения двух величин, вы с легкостью вычислите значение третей величины при помощи закона Ома: V = IR. В нашем примере нужно найти силу тока, поэтому перепишите формулу закона Ома следующим образом: I = V/R
R1 R2 R3 Общее Единицы измерения V 12 12 12 12 В I 12/2 = 6 12/4 = 3 12/9 = ~1,33 А R 2 4 9 Ом -
5
Вычислите общую силу тока. Помните, что общая сила тока в параллельной цепи равна сумме сил тока на каждом элементе этой цепи.
R1 R2 R3 Общее Единицы измерения V 12 12 12 12 В I 6 3 1,33 6 + 3 + 1,33 = 10,33 А R 2 4 9 Ом -
6
Вычислите общее сопротивление. Сделайте это одним из двух способов. Либо используйте формулу
1/RT = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3, либо формулу закона Ома: R = V/I.R1 R2 R3 Общее Единицы измерения V 12 12 12 12 В I 6 3 1.33 10,33 А R 2 4 9 12 / 10,33 = ~1,17 Ом Реклама
-
1
Вычислите мощность тока по формуле: P = IV. Если вам дана мощность тока на каждом участке цепи, то общая мощность вычисляется по формуле: PT = P1 + P2 + P3 + ….
-
2
Вычислите общее сопротивление в параллельной цепи, состоящей из двух ветвей (двух резисторов).
- RT = R1R2 / (R1 + R2)
-
3
Найдите общее сопротивление в параллельной цепи, если сопротивление всех резисторов одинаково: RT = R1 / N, где N — количество резисторов в цепи.[3]
- Например, если в параллельной цепи два резистора с одинаковым сопротивлением, то общее сопротивление цепи будет вдвое меньше сопротивления одного резистора. Если в цепи восемь одинаковых резисторов, то общее сопротивление будет в восемь раз меньше сопротивления одного резистора.
-
4
Вычислите силу тока на каждом резисторе, если напряжение неизвестно. Это можно сделать, воспользовавшись правилом Кирхгофа.[4]
Вам необходимо вычислить сопротивление каждого резистора и общую силу тока в цепи.- Два резистора в параллельной цепи: I1 = ITR2 / (R1 + R2)
- Несколько (более двух) резисторов в параллельной цепи. В этом случае для вычисления I1 найдите общее сопротивление всех резисторов за исключением R1. Для этого воспользуйтесь формулой для вычисления общего сопротивления в параллельной цепи. Затем используйте правило Кирхгофа, заменив R2 полученным значением.
Реклама
Советы
- В параллельной цепи напряжение одинаково на всех резисторах.
- Возможно, в вашем учебнике закон Ома представлен следующей формулой: E = IR или V = AR. Здесь присутствуют другие обозначения величин, но суть закона Ома не меняется.
- Общее сопротивление часто именуется эквивалентным сопротивлением.
- Если у вас нет калькулятора, найти общее сопротивление, используя значения R1, R2 и так далее, довольно проблематично. Поэтому воспользуйтесь законом Ома.
- Если в задаче дана параллельно-последовательная цепь, сделайте вычисления для ее параллельного участка, а затем для полученной последовательной цепи.
Реклама
Об этой статье
Эту страницу просматривали 172 541 раз.
Была ли эта статья полезной?
Формула напряжения в физике — это представление электрической потенциальной энергии на единицу заряда. Если ток был размещен в определенном месте, напряжение указывает на ее потенциальную энергию в этой точке. Другими словами, это измерение силы, содержащейся в электрическом поле или цепи в данной точке. Он равен работе, которую нужно было бы выполнить за единицу заряда против электрического поля, чтобы переместить его из одной точки в другую.
Напряжение является скалярной величиной, у него нет направления. Закон Ома гласит, что интенсивность равна текущему временному сопротивлению.
Сопротивление
Формула механической мощности — средняя и мгновенная мощность
Любой проводник в цепи препятствует прохождению через себя тока. Данная характеристика определяет такую физическую величину, как сопротивление. Исходя из величины сопротивления, все вещества относят к проводникам или изоляторам. Точная граница весьма расплывчата, поэтому при некоторых условиях некоторые вещества можно отнести как к изоляторам, так и к проводникам. Участок электросхемы может иметь элемент с определенным значением величины, который именуется резистор.
Резисторы различных типов
Для переменного тока
Нужно понимать, что закон не применим напрямую к переменным цепям, например, с катушками индуктивности, конденсаторами или линиям передач. Закон может использоваться только для чисто резистивных цепей переменного тока без каких-либо изменений. В цепи RLC противодействие току является импедансом Z, который образует комбинацию двух ортогональных частей сопротивления.
Переменный ток
Im=Vm/Z
В этом случае Vm связано с Im с помощью константы пропорциональности Z (импеданса) и константы пропорциональности R. Для чисто резистивных линий, где (Z = R).
Vm = ImZ и Vm = ImR
Z — это общее сопротивление участка к переменному току, состоящее из реальной части — сопротивления и мнимой — реактивности.
Формула ее определяется теоремой Пифагора, поскольку угол Ф зависит от реактивной составляющей.
Интегральная форма
Взаимосвязь параметров электрической цепи
Все параметры любой электрической цепи строго взаимосвязаны, поэтому в любой момент времени можно точно определить величину любого из них, зная остальные.
К сведению. Основополагающий закон, по которому производится большинство расчетов, – закон Ома, согласно которому сила тока обратно пропорциональна его сопротивлению и прямо пропорциональна приложенной разности потенциалов.
Формула напряжения тока закона Ома выглядит следующим образом:
I=U/R.
Так, цепь с большим напряжением пропускает больший ток, а при одинаковом напряжении ампераж будет больше там, где меньше сопротивление.
Принятые обозначения в формуле расчета напряжения и тока понятны во всем мире:
- I – сила тока;
- U – напряжение;
- R – сопротивление.
Путем простейшего математического преобразования находится формула расчета сопротивления через силу тока и напряжение.
Кроме закона Ома, используется формула расчета мощности:
P=U∙I.
Символом P здесь обозначена мощность тока.
Любая схема может содержать участки, где имеется последовательное соединение, или есть элемент, подключенный параллельно. Расчеты при этом усложняются, но базовые формулы остаются одинаковыми.
Закон Ома для неоднородного участка цепи
Физическая величина, равная отношению работы сторонних сил Aст при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется электродвижущей силой (ЭДС) источника Eэдс:
$ E_{эдс} = {A_{cт}over q} $ (1).
Таким образом, ЭДС равна работе, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда. При перемещении единичного положительного заряда по замкнутой цепи постоянного тока работа электростатического поля равна нулю, а работа сторонних сил равна сумме всех ЭДС, действующих в этой цепи.
Работа электростатических сил по перемещению единичного заряда равна разности потенциалов $ Δφ = φ_1 – φ_2 $ между начальной и конечной точками 1 и 2 неоднородного участка. Работа сторонних сил равна, по определению, электродвижущей силе Eэдс, действующей на данном участке. Поэтому полная работа равна:
$ U_п = φ_1 – φ_2 + E_{эдc} $ (2).
Величина Uп называется напряжением на участке цепи 1–2. В случае однородного участка напряжение равно разности потенциалов:
$ U_п = φ_1 – φ_2 $ (3).
Немецкий исследователь Георг Симон Ом в начале XIX века установил, что сила тока I, текущего по однородному проводнику (т. е. проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорциональна напряжению U на концах проводника:
$ I = {U over R} $ (4).
Рис. 2. Портрет Георга Ома.
Величина R — это электрическое сопротивление. Уравнение (4) выражает закон Ома для однородного участка цепи. Для участка цепи, содержащего ЭДС, закон Ома записывается в следующем виде:
$ U_п = I * R = φ_1 – φ_2 + E_{эдс} = Δ φ_{12} + E_{эдс}$ (5).
Данное уравнение называется обобщенным законом Ома для неоднородного участка цепи.
Как работает закон в реальной жизни
Используя совместно формулу расчета мощности и закон Ома, можно производить вычисления, не зная одной из величин. Самый простой пример – для лампы накаливания известны только ее мощность и напряжение. Применяя приведенные выше формулы, можно легко определить параметры нити накаливания и ток через нее.
Сила тока формула через мощность:
I=P/U;
Сопротивление:
R=U/I.
Такой же результат можно найти из мощности, не прибегая к промежуточным расчетам:
R=U2/P.
Аналогично можно вычислить любую величину, зная только две из них. Для упрощения преобразований имеется мнемоническое отображение формул, позволяющее находить любые величины.
Внимательно посмотрев на формулы, можно заметить, что, если уменьшить напряжение на лампе в два раза, ожидаемая мощность не снизится аналогично в два раза, а в четыре, согласно формуле:
P=U2/R.
Это довольно распространенная ошибка среди далеких от электротехники людей, которые неправильно соотносят мощность и напряжение, а также их действие на остальные параметры.
Кстати. Сила тока, найденная через сопротивление и напряжение, справедлива как для постоянного, так и для переменного тока, если в ней не используются такие элементы, как конденсатор или индуктивность.
Облегчить расчеты можно, используя онлайн калькулятор.
Определение через разложение электрического поля
Используя приведенное выше понятие, потенциал не находится на одном месте, когда магнитные поля меняются со временем. В физике иногда полезно обобщать электрическое значение, рассматривая только консервативную часть поля. Это делается с помощью следующего разложения, используемого в электродинамике.
В показанной выше формуле Е — индуцированный — вращательное электрическое поле, обусловленное изменяющимися во времени магнитными фонами. В этом случае сила между точками всегда определяется однозначно.
Пример с обычной водой
Существуют вещества, которые можно отнести одновременно к проводникам и изоляторам. Самый простой пример – обыкновенная вода. Дистиллированная вода является хорошим изолятором, но наличие в ней практически любых примесей делает ее проводником. Особенно это относится к солям различных металлов. При растворении в воде соли диссоциируются на ионы, их наличие – прямой повод для возникновения тока. Чем больше концентрация солей, тем меньшим сопротивлением будет обладать вода.
Для наглядности можно взять дистиллированную воду для приготовления электролита для автомобильных аккумуляторных батарей. Опустив щупы омметра в воду, можно увидеть, что его показания велики. Добавление всего нескольких кристаллов поваренной соли через некоторое время вызывает резкое уменьшение сопротивления, которое будет тем меньше, чем больше соли перейдет в раствор.
Различные используемые величины
Кроме основных величин: вольт, ампер, ом, ватт, используют кратные, большие или меньшие. Для обозначений применяют соответствующие приставки:
- Кило – 1000;
- Мега – 1000000;
- Гига – 1000000000;
- Милли – 0.001.
Таким образом, получается:
- Киловольт (кВ) – тысяча вольт;
- Мегаватт (Мвт) – миллион ватт;
- Миллиом (мОм) – одна тысячная Ом;
- Гигаватт (ГВт) – тысяча мегаватт или миллиард ватт.
Как найти напряжение
Формула нахождения напряжения как разности потенциалов в электрическом поле:
U=ϕA-ϕB, где ϕAи ϕB – потенциалы в точках А и В, соответственно.
Также можно записать напряжение как работу по переносу единицы заряда из точки А в точку В в электрическом поле:
U=A/q, где q – величина заряда.
Работа тем больше, чем выше напряженность электрического поля Е, то есть сила, действующая на неподвижный заряд.
Потенциальную энергию заряда в электростатическом поле называют электростатический потенциал.
Единицы измерения в формуле
Вам будет интересно:Антиклиналь + синклиналь – это складчатые горы
В формуле, определяющей напряжение, значением СИ является вольт. Таким образом, что 1В = 1 джоуль/кулон. Вольт назван в честь итальянского физика Алессандро Вольта, который изобрел химическую батарею.
Это означает, что в формуле напряжения в физике один кулон заряда получит один джоуль потенциальной энергии, когда он будет перемещен между двумя точками, где разность электрических потенциалов составляет один вольт. При напряжении 12, один кулон заряда получит 12 джоулей потенциальной энергии.
Батарея на шесть вольт имеет потенциал для одного кулона заряда, чтобы получить шесть джоулей потенциальной энергии между двумя местоположениями. Батарея на девять вольт имеет потенциал для одного кулона заряда, чтобы получить девять джоулей потенциальной энергии.
Гидравлическая аналогия
Чтобы легче усвоить законы электрических цепей, можно представить себе аналогию с гидравлической системой, в которой соединение насоса и трубопроводов образует замкнутую систему. Для этого нужны следующие соответствия:
- Источник питания – насос;
- Проводники – трубы;
- Электроток – движение воды.
Без особых усилий становится понятнее, что чем меньше диаметр труб, тем медленнее по ним движется вода. Чем мощнее насос, тем большее количество воды он способен перекачать. При одинаковой мощности насоса уменьшение диаметра труб приведет к снижению потока воды.
Измерительные приборы
Для измерения параметров электрических цепей служат измерительные приборы:
- Вольтметр;
- Амперметр;
- Омметр.
Наиболее часто используется класс комбинированных устройств, в которых переключателем выбирается измеряемая величина – ампервольтомметры или авометры.
Из закона Ома вытекает, что замыкать обычную осветительную сеть проводником малого сопротивления опасно. Сила тока окажется настолько большой, что это может иметь тяжелые последствия.
Закон Ома: кто придумал, определение
Закон Ома — это основной закон электродинамики, который выводит взаимосвязь между ключевыми понятиями электрической цепи: силой тока, напряжением и сопротивлением.
Данную взаимозависимость выявил немецкий физик Георг Симон Ом в 1826 году. Несмотря на то, что этот закон является истинным законом природы, точность которого была многократно проверена и доказана позже, публикация работы Ома в 1827 году прошла незамеченной для научной общественности. И лишь в 1830-х гг., когда французский физик Пулье пришел к тем же самым выводам, что и Ом, работа немецкого ученого была оценена по достоинству.
Установление закономерностей между основными параметрами электроцепи имеет огромное значение для науки. Ведь оно позволило количественно измерить свойства электрического тока.
Сила тока на участке цепи прямо пропорционально напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
Формулировки и основные формулы
Закон Георга Ома формулируется так: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению в проводнике и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника.
Пояснения к закону:
- Чем выше напряжение в проводнике, тем выше будет и сила тока в этом проводнике.
- Чем выше сопротивление проводника, тем меньше будет сила тока в нем.
Обозначение основных параметров, характеризующих электроцепь, известны всем с уроков физики в школе:
- I — сила электротока;
- U — напряжение;
- R — сопротивление.
Объяснение закона Ома в классической теории
Формула закона, известная всем со школьных лет, выглядит так:
I=UR
Из нее легко выводятся формулы для определения UU:
U=I×R
и для определения RR:
R=UI
Единицами измерения силы тока являются амперы, напряжения — вольты, сопротивление измеряется в омах.
Данный закон верен для линейного участка цепи, на котором зафиксировано стабильное сопротивление.
Закон Ома для полной (замкнутой) цепи
Замкнутой или полной называется такая электрическая цепь, по которой проходит электроток.
Описание формулы этого закона для полной цепи выглядит так:
I=ϵR+r
где ϵ — это электродвижущая сила или напряжение источника питания, которое не зависит от внешней цепи;
R — сопротивление внешней цепи;
r — внутреннее сопротивление источника.
Использование закона Ома при параллельном и последовательном соединении
При последовательном соединении элементы цепи подключаются друг за другом последовательно. Так как такая электрическая цепь является неразветвленной, сила тока на каждом ее участке будет одинаковая. Пример последовательного соединения — лампочки в новогодней гирлянде.
При последовательном соединении элементов основные параметры электроцепи рассчитываются следующим образом:
- Сила тока по формуле:
I=I1=I2=I3
Где I — общая сила тока в электроцепи, I1 — сила тока первого участка, I2 — сила тока второго участка, I3 — сила тока третьего участка.
- Напряжение по формуле:
U=U1+U2+U3
Где U — общее напряжение, U1 — напряжение первого участка, U2 — напряжение второго участка, U3 — напряжение третьего участка.
- Сопротивление согласно формуле:
R=R1+R2+R3
Где R — общее сопротивление в цепи, R1 — сопротивление первого участка, R2 — сопротивление второго участка, R3 — сопротивление третьего участка.
Подключая элементы в цепь параллельно, получают разветвленную электрическую цепь. Примером такого соединения является стандартная разводка электричества по квартире, когда в комнате одновременно можно включить несколько предметов бытовой техники и верхнее освещение.
При параллельном соединении элементов основные параметры электроцепи рассчитываются следующим образом:
- Сила тока:
I=I1+I2+I3
Где I — общая сила тока в электроцепи, I1, I2, I3 — сила тока первого, второго и третьего участков соответственно.
- Напряжение:
U=U1=U2+U3
Где U — общее напряжение, U1, U2, U3 — напряжение первого, второго и третьего участков соответственно.
- Сопротивление:
R=R1×R2×R3R1+R2+R3
Где R — общее сопротивление в цепи, R1, R2, R3 — сопротивление первого, второго и третьего участков соответственно.
Закон Ома для переменного и постоянного тока
Для цепи постоянного тока правильными будут уже озвученные нами взаимосвязи основных параметров электроцепи:
При подключении к электроцепи источника переменного тока, сила электротока в цепи будет определяться по формуле:
I=UZ
где Z — полное сопротивление или импеданс, который состоит из активной (R) и реактивных составляющих (XC — сопротивление емкости и XL — сопротивление индуктивности).
Реактивное сопротивление цепи зависит:
- от значений реактивных элементов,
- от частоты электротока;
- от формы тока в цепи.
Закон Ома для однородного и неоднородного участка цепи
Закон Ома для однородного участка электроцепи представляет собой классическое выражение зависимости силы от напряжения и сопротивления:
I=UR
В этом случае основной характеристикой проводника является сопротивление. От внешнего вида проводника зависит, как выглядит его кристаллическая решетка и какое количество атомов примесей содержит. От проводника зависит поведение электронов, которые могут ускоряться или замедляться.
Поэтому R зависит от вида проводника, точнее, от его сечения, длины и материала и определяется по формуле:
R=p×(lS)
где p — удельное сопротивление, l — это длина проводника, а S— площадь его сечения.
Под неоднородным участком цепи постоянного тока подразумевается такой промежуток цепи, на который помимо электрических зарядов воздействуют другие силы.
Как можно было убедиться, закон, открытый Георгом Омом, прост только на первый взгляд. Разобраться во всех тонкостях самостоятельно под силу далеко не каждому.
Где и когда можно применять закон Ома?
Закон Ома в упомянутой форме справедлив в достаточно широких пределах для металлов. Он выполняется до тех пор, пока металл не начнет плавиться. Менее широкий диапазон применения у растворов (расплавов) электролитов и в сильно ионизированных газах (плазме).
Работая с электрическими схемами, иногда требуется определять падение напряжения на определенном элементе. Если это будет резистор с известной величиной сопротивления (она проставляется на корпусе), а также известен проходящий через него ток, узнать напряжение можно с помощью формулы Ома, не подключая вольтметр.
Значение Закона Ома простыми словами
Закон Ома определяет силу тока в электрической цепи при заданном напряжении и известном сопротивлении.
Он позволяет рассчитать тепловые, химические и магнитные действия тока, так как они зависят от силы тока.
Закон Ома является чрезвычайно полезным в технике(электронной/электрической), поскольку он касается трех основных электрических величин: тока, напряжения и сопротивления. Он показывает, как эти три величины являются взаимозависимыми на макроскопическом уровне.
Если бы было можно охарактеризовать закон Ома простыми словами, то наглядно это выглядело бы так:
Из закона Ома вытекает, что замыкать обычную осветительную сеть проводником малого сопротивления опасно. Сила тока окажется настолько большой, что это может иметь тяжелые последствия.
Как понять закон Ома?
Чтобы интуитивно понять закон Ома, обратимся к аналогии представления тока в виде жидкости. Именно так думал Георг Ом, когда проводил опыты, благодаря которым был открыт закон, названный его именем.
Представим, что ток – это не движение частиц-носителей заряда в проводнике, а движение потока воды в трубе. Сначала воду насосом поднимают на водокачку, а оттуда, под действием потенциальной энергии, она стремиться вниз и течет по трубе. Причем, чем выше насос закачает воду, тем быстрее она потечет в трубе.
Отсюда следует вывод, что скорость потока воды (сила тока в проводе) будет тем больше, чем больше потенциальная энергия воды (разность потенциалов)
Сила тока прямо пропорциональна напряжению.
Теперь обратимся к сопротивлению. Гидравлическое сопротивление – это сопротивление трубы, обусловленное ее диаметром и шероховатостью стенок. Логично предположить, что чем больше диаметр, тем меньше сопротивление трубы, и тем большее количество воды (больший ток) протечет через ее сечение.
Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.
Такую аналогию можно проводить лишь для принципиального понимания закона Ома, так как его первозданный вид – на самом деле довольно грубое приближение, которое, тем не менее, находит отличное применение на практике.
В действительности, сопротивление вещества обусловлено колебанием атомов кристаллической решетки, а ток – движением свободных носителей заряда. В металлах свободными носителями являются электроны, сорвавшиеся с атомных орбит.
Выберите подписку для получения дополнительных возможностей Kalk.Pro
Любая активная подписка отключает
рекламу на сайте
-
-
Доступ к скрытым чертежам -
Безлимитные сохранения расчетов
-
Доступ к скрытым чертежам -
Безлимитные сохранения расчетов
-
-
-
Доступ к скрытым чертежам -
Безлимитные сохранения расчетов
-
Доступ к скрытым чертежам -
Безлимитные сохранения расчетов
-
Более 10 000 пользователей уже воспользовались расширенным доступом для успешного создания своего проекта. Подробные чертежи и смета проекта экономят до 70% времени на подготовку элементов конструкции, а также предотвращают лишний расход материалов.
Подробнее с подписками можно ознакомиться здесь.
