Как найти сопротивление участка цепи по графику

Для изучения зависимости электрических параметров соберём электрическую цепь, изображённую на схеме (рис.(1)).

Состав схемы (по часовой стрелке по ходу электрического тока):

1. источник электрического напряжения (тока);
2. электрический ключ для размыкания;
3. последовательно подключённый амперметр для измерения силы тока в цепи;
4. сопротивление (спираль никелиновой проволоки);
5. вольтметр, подключённый параллельно к сопротивлению.

Рис. (1). Первая схема электрической цепи

При замыкании цепи отметим показания приборов. Используя регулятор напряжения на источнике, изменим напряжение в два раза. При этом показания вольтметра и амперметра также изменятся в два раза. Продолжим увеличивать напряжение на источнике. Наблюдения показывают, что при увеличении напряжения в (3) раза, вольтметр покажет увеличение напряжения на спирали в три раза. Во столько же раз увеличится и сила тока.
Опыт показывает зависимость изменения силы тока от приложенного напряжения.

Эту зависимость можно изобразить графически:

Рис. (2). График зависимости силы тока в проводнике от напряжения между концами этого проводника

При включении в электрическую цепь источника тока различных проводников и амперметров увидим, что для разных проводников показания амперметров различны, значит, сила тока для каждого проводника отличается.

Рис. (3). Электрическая схема с набором различных сопротивлений (AB), (CD), (EF)

Графики тоже будут отличаться.

Рис. (4). Графики зависимости силы тока от напряжения для сопротивлений (AB), (CD), (EF)

Вольтметр подключим поочерёдно к концам этих проводников. Увидим равные значения напряжения. Значение силы тока на участке цепи пропорционально разности потенциалов на его концах и зависит от рода вещества проводника. Отличие электрических параметров (U) и (I) связано с тем, что проводники имеют разное электрическое сопротивление.

(1) мОм = (0,001) Ом;

(1) кОм = (1000) Ом;

(1) МОм = (1 000 000) Ом.

Почему существует сопротивление? Движению электронов под действием поля мешают ионы кристаллической решётки металла.

В середине (XIX) века Джеймс Кларк Максвелл объединил исследования Вольта, Эрстеда, Ампера, Ома, Фарадея в классическую электродинамику. Учёные придерживались гипотезы, что электричество переносят положительные частицы. Все законы строились на этом предположении.

(29) апреля (1897) года Джозеф Джон Томсон выступил на заседании Королевского общества с докладом о катодных лучах, что и считается датой открытия электрона.

В металлах электрический ток переносится электронами. Положительные ионы, связанные узлами кристаллической решётки, перемещаться не могут. Электроны, перемещаясь между ионами, сталкиваются с ними, отскакивают обратно, что уменьшает общий поток электронов.

Чтобы узнать, как зависит сила тока в цепи от сопротивления, обратимся к опыту (рис.(4)).

Рис. (5). Электрическая цепь с аккумулятором

На рисунке изображена электрическая цепь, источником тока в которой является аккумулятор.

1. Напряжение (2) В на концах резисторов постоянно. Это подтверждают показания вольтметра, подключенного параллельно к резистору.
2. Используются три постоянных резистора сопротивлениями (1), (2) и (4) Ом, которые подключаются в цепь поочерёдно.
3. Сила тока в цепи измеряется амперметром, который подключен последовательно с резистором.

Таблица (1). Результаты опыта

По опытным данным (табл.(1)) прослеживается закономерность, которую обнаружил ещё в (1827) году Георг Ом. 

При изменяющемся сопротивлении и постоянном напряжении на участке зависимость силы тока от сопротивления будет гиперболической:

Рис. (6). График зависимости силы тока от сопротивления проводника

Определить сопротивление проводника можно несколькими способами:

1. при помощи амперметра и вольтметра;

2. при помощи омметра;

3. при помощи мультиметра, который эксплуатируется в режиме омметра.

Таблица (2). Способы измерения сопротивления

 

Рис. 10. Обозначение омметра в цепи (или мультиметра в режиме измерения сопротивления)

Задачи на Закон Ома с решениями

Формулы, используемые на уроках физики «Задачи на Закон Ома» в 8 классе, а также для подготовки к ОГЭ.

Название величины	Обозначение	Единица измерения	Формула
Сила тока	I	А	I = U / R
Напряжение	U	В	U = IR
Сопротивление	R	Ом	R = U/I

Решение задач на уроках физики в 10-11 классах и при подготовке к ЕГЭ смотрите в следующих конспектах:

ЕГЭ: Закон Ома для участка цепи
 ЕГЭ: Закон Ома для всей цепи

---

Задачи на Закон Ома.
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

---

Задача № 1.
 Какова сила тока в резисторе, если его сопротивление 12 Ом, а напряжение на нем 120 В?

---

Задача № 2.
 Сопротивление проводника 6 Ом, а сила тока в нем 0,2 А. Определите напряжение на концах проводника.

---

Задача № 3.
 Определите сопротивление проводника, если при напряжении 110 В сила тока в нем 2 А.

---

Задача № 4.
 По графикам зависимости силы тока от напряжения определите сопротивление каждого проводника. 

Решение:

---

Задача № 5.
 Чему равна сила тока в электрической лампе карманного фонаря, если сопротивление нити накала 16,6 Ом и лампа подключена к батарейке напряжением 2,5 В?

---

Задача № 6.
 Электрический утюг включен в сеть с напряжением 220 В. Какова сила тока в нагревательном элементе утюга, если сопротивление его равно 48,4 Ом?

---

Задача № 7.
 При напряжении 110 В, подведенном к резистору, сила тока в нем равна 5 А. Какова будет сила тока в резисторе, если напряжение на нем увеличить на 10 В?

---

Задача № 8.
 Чему равно сопротивление спирали электрической лампы в рабочем состоянии, у которой на цоколе написано 6,3 В, 0,22 А?

---

Задача № 9.
 Показание вольтметра, присоединенного к горящей электрической лампе накаливания, равно 120 В, а амперметра, измеряющего силу тока в лампе, 0,5 А. Чему равно сопротивление лампы? Начертите схему включения лампы, вольтметра и амперметра.

---

Задача № 10.
  ОГЭ
 Источник постоянного тока с ЭДС E = 12 В и внутренним сопротивлением г = 1 Ом замкнут на внешнее сопротивление R = 9 Ом. Определить силу тока в цепи I, падение напряжения U_R на внешнем участке и падение напряжения U_r на внутреннем участке цепи.

---

Краткая теория для решения Задачи на Закон Ома.

---

Это конспект по теме «ЗАДАЧИ на Закон Ома». Выберите дальнейшие действия:

• Перейти к теме: ЗАДАЧИ на сопротивление проводника
• Посмотреть конспект по теме Закон Ома. Соединение проводников
• Вернуться к списку конспектов по Физике.
• Проверить свои знания по Физике.

«Не знаешь Ома – сиди дома» — пословица старых электриков. Действительно, этот закон очень важен для понимания того, как связаны напряжение, ток и сопротивление, или проще говоря — от чего зависит ток и мощность нагрузки и как их рассчитать.

Для понимания этих базовых вещей нужно знать закон Ома для участка цепи и закон Ома для полной цепи. Главное различие между ними, что первый распространяется на отдельный участок или элемент и учитывает только его сопротивление и приложенное к нему напряжение, а второй учитывает и внутреннее сопротивление источника питания. Давайте разберёмся подробнее.

Закон Ома для участка цепи

Самый простой и всем известный со школы вариант — закон Ома для участка цепи. Его определение звучит следующим образом:

В виде формулы это выглядит так:

I=U/R,

где I — ток, U — напряжение, R— сопротивление.

То есть чтобы определить силу тока нужно знать напряжение на участке цепи (на элементе) и его сопротивление.

Напряжение на элементе равно произведению тока на сопротивление, то есть чтобы найти напряжение нужно знать ток в участке цепи и его сопротивление:

U=IR

Чтобы найти сопротивление по закону Ома, нужно знать напряжение и ток:

R=U/I

К сведению: правильнее говорить «падение напряжения», но для упрощения в разговорной речи говорят просто «напряжение на элементе» или «… на участке цепи».

Электрическое сопротивление измеряется в Омах, величина 1 Ом выражает такое сопротивление проводника, при котором по нему будет протекать ток в 1 ампер, если к нему приложить напряжение в 1 вольт.

Как запомнить эти формулы?

В виде формулы это выглядит так:

I=U/R,

где I — ток, U — напряжение, R— сопротивление.

То есть чтобы определить силу тока нужно знать напряжение на участке цепи (на элементе) и его сопротивление.

Напряжение на элементе равно произведению тока на сопротивление, то есть чтобы найти напряжение нужно знать ток в участке цепи и его сопротивление:

U=IR

Чтобы найти сопротивление по закону Ома, нужно знать напряжение и ток:

R=U/I

К сведению: правильнее говорить «падение напряжения», но для упрощения в разговорной речи говорят просто «напряжение на элементе» или «… на участке цепи».

Электрическое сопротивление измеряется в Омах, величина 1 Ом выражает такое сопротивление проводника, при котором по нему будет протекать ток в 1 ампер, если к нему приложить напряжение в 1 вольт.

Как запомнить эти формулы?

Для запоминания формул закона Ома есть удобная мнемоническая подсказка так называемый «треугольник Ома». В нём сверху размещена буква U, а снизу I и R. Как несложно догадаться, они обозначают напряжение, ток и сопротивление соответственно.

Для запоминания формул закона Ома есть удобная мнемоническая подсказка так называемый «треугольник Ома». В нём сверху размещена буква U, а снизу I и R. Как несложно догадаться, они обозначают напряжение, ток и сопротивление соответственно.

Как пользоваться треугольником? Всё просто — закройте пальцем величину, которую нужно найти, а оставшиеся не закрытыми буквы нужно умножить или разделить друг на друга, что подробно проиллюстрировано ниже.

Есть еще одна шпаргалка в виде круга разделенного на сегменты, где перечислены все необходимые формулы, кроме перечисленных выше, добавлены и формулы для вычисления мощности.

Примеры

Итак, чтобы научиться рассчитывать напряжение на участке цепи, решим простенькую задачу. У нас есть цепь, состоящая из 3 резисторов и идеального источника с напряжением 12В постоянного тока. Пусть участком цепи у нас будет резистор R2, найдём напряжение на нём.

Дано:

U= 12 В;

R1= 1 кОм;

R2= 2 кОм;

R3= 3 кОм;

Найти:

I — ?;

U(R2) — ?;

По закону Ома чтобы найти напряжение нужно знать ток через участок цепи и его сопротивление.

U=IR

Последнее у нас известно, поэтому нужно найти ток в цепи, элементы соединены последовательно, поэтому ток через каждый из них одинаков, и чтобы найти его силу — нужно сначала найти общее сопротивление всех элементов, но сначала переведём его в Омы:

R1 = 1 кОм = 1000 Ом; R2 = 2 кОм = 2000 Ом; R3 = 3 кОм = 3000 Ом.

Теперь найдём общее сопротивление:

Rобщ=R1+R2+R3=1000+2000+3000= 6000 Ом

Тогда ток в цепи равен:

I= U/R = 12/6000 = 0,002 А

И наконец падение напряжения на резисторе R2:

U(R2) = I*U(R2) = 0,002*2000=4В

Итого, на выводах резистора R2 будет 4 вольта.

Закон Ома для полной цепи

Определение закона Ома для полной цепи вы видите ниже, жирным выделено основное отличие от закона для участка цепи.

В формуле добавляется внутреннее сопротивление источника питания, а напряжение заменяется на ЭДС:

I=E/(R+r),

где I – ток, E – ЭДС, R – сопротивление, r- внутреннее сопротивление источника.

Внутреннее сопротивление источника обуславливается его устройством, например, сечением вторичной обмотки трансформатора, химическим составом, степенью заряда и состоянием электродов аккумуляторов и батареек и так далее. На схеме условно рисуется в виде резистора внутри источника, но на самом деле никакого «внутреннего» или «скрытого» сопротивления там нет, как было отмечено выше.

Почему важно учитывать внутреннее сопротивление источника? Всё очень просто — вы замечали, как погасают лампочки в автомобиле, когда стартер запускает двигатель? Это происходит из-за просадок на проводах и в аккумуляторе от высоких пусковых токов. В принципе, подобное мы наблюдаем, когда лампы накаливания «просаживаются» по яркости во время пуска мощной нагрузки, например, электродвигателей.

Примеры

Давайте проанализируем, как влияет внутреннее сопротивление источника на напряжение нагрузки. Допустим, что у нас есть какой-то источник с внутренним сопротивлением (r) в 1 Ом и ЭДС (E) в 12 Вольт. И есть 3 разных нагрузки, с сопротивлением (R) каждой из них: 10, 5 и 1 Ом соответственно. Нагрузку будем подключать по очереди, по одной для каждого расчета.

Рассчитаем ток первой нагрузки:

I1=E/(R1+r)=12/(10+1)=1.09 А

Рассчитаем напряжение на нагрузке:

U1=I1*R1=1.09*10=10.9 В

Сразу видим, что на нагрузке уже не 12, а 10 вольт, посчитаем другие варианты:

Рассчитаем ток второй нагрузки:

I2=E/(R2+r)=12/(5+1)=2 А

Рассчитаем напряжение на нагрузке:

U2=I2*R2=2*5=10 В

Рассчитаем ток третей нагрузки:

I3=E/(R3+r)=12/(1+1)=6 А

Рассчитаем напряжение:

U3=I3*R3=6*1=6 В

Как вы можете видеть на внутреннем сопротивлении падает какое-то напряжение, и падение напряжение прямо пропорционально току нагрузки. При этом до нагрузки доходит всё меньше и меньше напряжения.

Сделаем то же самое, но для источника с внутренним сопротивлением 0.1 Ома. Рассчитаем ток первой нагрузки:

I1=E/(R1+r)=12/(10+0,1)=1.18 А

Рассчитаем напряжение:

U1=I1*R1=1.18*10=11.8 В

Ток второй нагрузки:

I2=E/(R2+r)=12/(5+0,1)=2,35 А

Рассчитаем напряжение на нагрузке:

U2=I2*R2=2,35*5=11.75 В

Рассчитаем ток третей нагрузки:

I3=E/(R3+r)=12/(1+0,1)=10,9 А

Рассчитаем напряжение:

U3=I3*R3=10,9*1=10,9 В

Для удобства соберем все результаты расчётов в одну таблицу.

Из таблицы мы видим, что чем меньше внутреннее сопротивление источника — тем меньше просаживается напряжение под нагрузкой.

Заключение

Георг Симон Ом жил в 1786-1854 годах, в 1826 году вывел теоретически и подтвердил с помощью опытов закон выражающий связь напряжения, тока и сопротивления. Этот закон назвали в честь открывателя — законом Ома, а также единицу измерения электрического сопротивления.

Закон Ома — один из важнейших и основополагающих в электротехнике, он широко используется при расчетах электрических схем.

Пишите в комментариях, понравился ли вам такой формат теоретической статьи и какие статьи хотите увидеть в будущем?

Как определить сопротивление по графику зависимости силы тока от напряжения

Решение задач на уроках физики в 10-11 классах и при подготовке к ЕГЭ смотрите в следующих конспектах:

Задачи на Закон Ома.
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача № 1. Какова сила тока в резисторе, если его сопротивление 12 Ом, а напряжение на нем 120 В?

Задача № 2. Сопротивление проводника 6 Ом, а сила тока в нем 0,2 А. Определите напряжение на концах проводника.

Задача № 3. Определите сопротивление проводника, если при напряжении 110 В сила тока в нем 2 А.

Задача № 4. По графикам зависимости силы тока от напряжения определите сопротивление каждого проводника.

Задача № 5. Чему равна сила тока в электрической лампе карманного фонаря, если сопротивление нити накала 16,6 Ом и лампа подключена к батарейке напряжением 2,5 В?

Задача № 6. Электрический утюг включен в сеть с напряжением 220 В. Какова сила тока в нагревательном элементе утюга, если сопротивление его равно 48,4 Ом?

Задача № 7. При напряжении 110 В, подведенном к резистору, сила тока в нем равна 5 А. Какова будет сила тока в резисторе, если напряжение на нем увеличить на 10 В?

Задача № 8. Чему равно сопротивление спирали электрической лампы в рабочем состоянии, у которой на цоколе написано 6,3 В, 0,22 А?

Задача № 9. Показание вольтметра, присоединенного к горящей электрической лампе накаливания, равно 120 В, а амперметра, измеряющего силу тока в лампе, 0,5 А. Чему равно сопротивление лампы? Начертите схему включения лампы, вольтметра и амперметра.

Задача № 10. ОГЭ Источник постоянного тока с ЭДС E = 12 В и внутренним сопротивлением г = 1 Ом замкнут на внешнее сопротивление R = 9 Ом. Определить силу тока в цепи I, падение напряжения U_R на внешнем участке и падение напряжения U_r на внутреннем участке цепи.

Краткая теория для решения Задачи на Закон Ома.

Это конспект по теме «ЗАДАЧИ на Закон Ома». Выберите дальнейшие действия:

Источник

Задание 14 ЕГЭ по физике

Электричество. Закон сохранения электрического заряда,

закон Кулона, конденсатор, сила тока,

закон Ома для участка цепи, последовательное и параллельное соединение

проводников, работа и мощность тока,

В задании 14 проверяются знания по теме «Постоянный электрический ток». Это задание базовому уровня. Задачи носят, в основном, расчетный характер. Их решение основывается на знаниях законов и закономерностей постоянного электрического тока, умении «читать» электрические схемы, работать с графическими зависимостями.

1. На графике показана зависимость силы тока I в проводнике от времени t. Определите заряд, прошедший через проводник за Δt = 60 с с момента начала отсчёта времени.

Ответ: _____________________ Кл.

Используя зависимость силы тока от времени, электрический заряд можно определить как площадь геометрической фигуры под графиком. В данной задаче требуется рассчитать площадь трапеции Применяя геометрическую формулу площади трапеции и подставляя значения физических величин, получим (Кл).

Секрет решения. Подобный прием нахождения значения физической величины через площадь под графиком применяется во многих разделах физики: в «Механике», «МКТ и термодинамике», «Электродинамике». Здесь важно правильно выделить геометрическую фигуру, так как иногда требуется найти площадь не всей фигуры, а только ее части. Как всегда, в расчетах требует особого внимания система единиц (СИ). Пренебрежение одним из перечисленных моментов приведет к потере «легкого» балла.

2. Пять одинаковых резисторов с сопротивлением 3 Ом соединены в электрическую цепь, через которую течёт ток I (см. рисунок). Идеальный вольтметр показывает напряжение 9 В. Чему равна сила тока I?

Ответ: __________________________ А.

Резисторы, подключенные к вольтметру, соединены между собой последовательно. Отсюда следует, что сумма напряжений на каждом резисторе равна значению напряжения, которое показывает вольтметр. Запишем это в виде формулы Используя закон Ома, выразим значения напряжений и

Здесь учтено, что в указанной точке (см. схему) ток I разделяется на две равные части из-за равенства сопротивлений в разветвленных частях цепи.

Деление силы тока на две равные части

Подставляя численные значения, получим

Секреты решения. В задачах со схемами необходимо уметь выделять виды соединения проводников. После этого можно использовать известные закономерности для силы тока, напряжения и сопротивления. Ввиду того, что в задачах может быть большое количество проводников, решение в общем виде бывает громоздким, что может привести к математической ошибке. Поэтому лучше подставлять численные значения на ранних этапах решения.

3. На плавком предохранителе счётчика электроэнергии указано: «15 А, 380 В». Какова максимальная суммарная мощность электрических приборов, которые можно одновременно включать в сеть, чтобы предохранитель не расплавился?

Формулы для расчета мощности электрического тока имеют вид:

В зависимости от условия задачи, надо применять ту или иную формулу. Так как в задаче дается сила тока и напряжения, необходимо воспользоваться формулой

Подставляя численные значения, проведем расчет:

Секреты решения.

Формулы для расчета мощности лучше изучать как следствия формул для расчета работы тока или количества теплоты, выделяющейся в проводнике с током.

При делении этих формул на время t получим формулы для расчета мощности.

Источник

Зависимость силы тока от напряжения — формула, график и законы

Фундаментальной связью в электричестве является зависимость силы тока от напряжения. Благодаря этому закону, экспериментально установленном Омом в 1826 году, созданы различные измерительные приборы. Удалось исследовать физику короткого замыкания. Формулу можно применять для систем, которые зависят от электросопротивления. Пожалуй, разработка любой электрической сети невозможна без использования этого открытия.

Общие сведения

Любое физическое тело состоит из молекул и атомов. Эти частицы взаимодействуют между собой. Они могут притягиваться друг к другу или отталкиваться. В изолированной системе элементарные частицы являются носителями заряда. В спокойном состоянии, то есть когда на тело не оказывается внешнего воздействия, алгебраическая сумма энергии частиц всегда постоянная величина. Это утверждение называется законом сохранения электрического заряда.

Частицы хаотично могут перемещаться по кристаллической решётке, но их движение компенсируется. Поэтому ток не возникает. Но если к телу приложить внешнюю силу, то свободные электроны начинают двигаться в одну сторону. Это упорядоченное движение заряженных частиц и называют электрическим током. Количественно его можно описать через силу.

Упорядочено заряды заставляет двигаться электрическое поле, вдоль линий которого и происходит перемещение. Впервые этот термин ввёл Фарадей. Он сумел выяснить, что вокруг любого носителя существует особый вид материи, влияющий на поведение других частиц. За силовую характеристику электрического поля было взято отношение действующей силы к величине заряда, помещённого в данную точку: E = F / q. Назвали эту характеристику напряжённостью.

Изучение поля позволило экспериментально открыть принцип суперпозиции. То есть установить, что напряжённость поля, созданного системой зарядов, равна геометрической сумме величин, существующих у отдельных носителей: E = Σ E1 + E2 +…+ En. Напряжённость прямо пропорциональна напряжению, которое, в свою очередь, равняется разности потенциалов между двумя точками.

По сути, это работа электрического поля, совершаемая для переноса единичного заряда из одного места в другое: U = A / q = E * d, где d – расстояние между точками. Значение напряжения зависит от нескольких факторов:

• строения тела;
• температуры;
• сопротивления.

Самое большее влияние оказывает последняя величина. Именно она характеризует способность материала препятствовать прохождению тока, то есть определяет проводимость. Сопротивление зависит от длины проводника и его сечения: R = (p * l) / S, где p – параметр обратный удельной проводимости (справочное значение). Он численно равняется сопротивляемости однородного проводника единичной длины и площади сечения.

Подтверждение закона Ома

Бум исследования электрических явлений пришёлся на конец XVIII – начало XIX веков. Такие учёные, как Фарадей, Ампер, Вольт, Эрстед, Кулон, Лачинов, Ом провели ряд экспериментов, которые позволили Максвеллу создать теорию электромагнитных явлений.

Огромную роль в открытии новых знаний сыграл опыт Ома исследовавшего, от чего зависит сила тока в цепи. Немецкий физик ставил опыты над проводимостью различных материалов. Для этого он использовал электрическую цепь, в разрыв которой подключал проводники разной длины и замерял силу тока.

Изначально учёный не смог установить закономерность. Всё дело в том, что для своих опытов Ом использовал химическую батарею. Друг учёного Поггендорф предложил взять термоэлектрический источник тока. В итоге физик смог проследить зависимость. Описал он её так: частное от a, разделённого на l + b, где b определяет интенсивность воздействия на проводника длиною l, причём a и b — постоянные, зависящие соответственно от действующей силы и сопротивления элементов цепи.

Обычно при изучении закона в седьмом классе средней школы учитель демонстрирует эту зависимость на практических уроках. Для этого чтобы ученики удостоверились в справедливости утверждения, преподаватель собирает электрическую цепь, в состав которой входят:

• вольтметр – прибор для измерения напряжения, включается параллельно измеряемому проводнику;
• амперметр – устройство для замера тока, подключается последовательно с измеряемым телом;
• регулируемый источник электродвижущей силы (ЭДС).

Суть опыта заключается в подключении проводников с разной длиной. Измеренные результаты заносят в таблицу. Она должна иметь примерно следующий вид:

Проведя анализ таблицы, можно сделать вывод. Если для любого тела напряжение разделить на соответствующую ему силу тока, то получится одно и то же число. Следовательно, это отношение является свойством проводника. Для первого оно равно двум, второго – пяти, а третьего – десяти. При одинаковых токах в третьем случае число больше, значит, это тело оказывает большее сопротивление току.

Полученные значения по факту и являются величинами, обратными проводимости. Обозначают их буквой R (resistance).

График зависимости

По результатам эксперимента Ом построил график зависимости силы тока от сопротивления, который напоминает собой левую часть параболы. Современная запись закона Ома имеет вид: I = U / R. Звучит она следующим образом: ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален электрическому сопротивлению.

Но при разработке приборов или исследовании участка цепи перед учёными и инженерами стоит задача, прежде всего, выяснить зависимость тока от напряжения. Поэтому ими строится график, в котором по оси абсцисс откладывают значение потенциала, а ординат — силы тока. В итоге если отложить соответствующие точки, то должна получиться прямая линия. Это говорит о том, что зависимость величин линейная. То есть во сколько раз увеличивается напряжение, во столько же возрастает сила тока.

Такого вида график называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Но при реальных измерениях изменение ток зависит ещё от температуры. Установлено, что при нагреве сопротивление проводника увеличивается. Поэтому прямая на ВАХ будет иметь меньший угол наклона. Кроме того, ток может быть двух видов:

• постоянный – сила не изменяется от времени;
• переменный – изменяющийся по синусоидальному закону.

Поток носителей заряда для второго вида описывается гармоническим законом: I(t) = Im * cos (wt + f), где: w – циклическая частота, f – сдвиг фаз относительно напряжения, Im – наибольшее значение тока. Тогда изменение напряжения во времени можно записать так: U(t) = Um * cos (wt). В этом случае закон Ома примет вид: I = U / Z, где Z – полное сопротивление цепи.

График зависимости силы тока от времени, впрочем, как и напряжения, будет представлять собой синусоиду. Если отложить их на одном рисунке, то при активном сопротивлении (резистор) фазы величин будут совпадать друг с другом. В схеме, содержащей реактивные составляющие, а это ёмкость, и индуктивность, фаза тока соответственно будет опережать и отставать от напряжения. Угол изменения составит девяносто градусов.

Графики зависимости позволяют определить мощность. Сделать это можно, воспользовавшись формулой: P = U * I * cos(f). Чтобы построить график мощности, нужно аппроксимировать на ось t точки синусоиды I(t) и U(t), в которых параметры изменяют свой знак.

Характеристика P(t) будет также описываться по гармоническому закону. Причём в каждой этой точке линя изменит направление.

Простейшие задачи

Зависимость, установленную экспериментальным путём, широко используют при проектировании электронных схем различных устройств. С помощью закона Ома рассчитывают нужное сопротивление резисторов для той или иной цепи, вычисляют значение тока при определённом напряжении.

Вот некоторые из таких заданий:

Пусть имеется схема, подключённая к источнику, выдающему 60 вольт. Определить, какой ток потечёт через резистор 30 Ом. Согласно правилу, связывающему три фундаментальных величины: I = U / R. Так как по условию все нужные данные известны, то необходимо их просто подставить в формулу и выполнить вычисления: I = 60 В / 30 Ом = 2 А. Задача решена. Ответ: через резистор потечёт ток равный двум амперам.

Построить графики зависимости для двух проводников имеющих сопротивление пять и пятнадцать ом. В задании требуется нарисовать ВАХ. Так как напряжения не указаны, то их можно брать любыми. Используя формулу Ома, нужно определить ток для произвольных значений потенциала. График зависимости – прямая. Значит, нужно отложить две точки. Чтобы правильно разметить значения необходимо выбрать масштаб. Поэтому вначале следует посчитать максимальное значение тока. Пусть за наибольшее напряжение будет принято U = 50 В. Тогда, Im1 = 50 / 5 = 10 А, Im2 = 50 / 10 = 5 А. Теперь останется отложить полученный результат на графике и провести линию через ноль и эти точки.

Определить ток, потребляемый электрочайником, если его спираль имеет сопротивление 40 Ом, а напряжение сети равно 220 вольт. Пример решается по простой формуле: I = U / R = 220 В / 40 Ом = 5, 5 А. Задача решена.

В вольтметре, показывающем 120 вольт, ток составляет 15 миллиампер. Найти сопротивление прибора. Из формулы зависимости можно выразить сопротивление. Оно будет равно: R = U / I. При этом, чтобы получить правильный ответ, миллиамперы следует перевести в амперы. Решение будет иметь вид: R = 120 В / 15 * 10 -3 А = (120 * 10 3 ) / 15 = 8 * 10 3 Ом = 8 кОм. Итак, внутреннее сопротивление вольтметра составит восемь килоом.

Следует отметить, что в школьных задачах не учитываются характеристики источника тока.

По умолчанию считают, что он имеет бесконечно малое внутреннее сопротивление. Но на самом деле это не так. Электродвижущая сила генератора электрической энергии затрачивается как на внутренние, так и внешние потери. Поэтому формула закона Ома для полной цепи имеет вид: I = (U0 + U) / R + r, где: U0 – внутреннее падение напряжения, r0 – сопротивление источника.

Источник