Закон ома для участка цепи

Закон Ома для участка цепи

Закон ома для участка цепи

Закон Ома для участка цепи – полученный экспериментальным (эмпирическим) путём закон, который устанавливает связь силы тока на участке цепи с напряжением на концах этого участка и его сопротивлением. Строгая формулировка закона Ома для участка цепи записывается так: сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению на её участке и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

Формула закона Ома для участка цепи записывается в следующем виде:

где:

I – сила тока в проводнике [А];

U – электрическое напряжение (разность потенциалов) [В];

R – электрическое сопротивление (или просто сопротивление) проводника [Ом].

Исторически сложилось, что сопротивление R в законе Ома для участка цепи считается основной характеристикой проводника, так как зависит исключительно от параметров этого проводника.

Необходимо отметить, что закон Ома в упомянутой форме справедлив для металлов и растворов (расплавов) электролитов и только для тех цепей, где нет реального источника тока или источник тока является идеальным. Идеальный источник тока – это такой источник, который не обладает собственным (внутренним) сопротивлением.

Подробнее с законом Ома в применении к цепи с источником тока можно познакомится в нашей статье. Условимся считать положительным направлением слева направо (см. рисунок ниже). Тогда напряжение на участке равно разности потенциалов.

φ1 – потенциал в точке 1 (в начале участка);

φ2 – потенциал в точке 2 (а конце участка).

Если выполняется условие φ1 > φ2, то напряжение U > 0. Следовательно, линии напряженности в проводнике направлены от точки 1 к точке 2, а значит и ток течет в этом направлении. Именно такое направление тока будем считать положительным I > O.

Обратите внимание

Рассмотрим простейший пример определения сопротивления на участке цепи с помощью закона Ома. В результате эксперимента с электрической цепью амперметр (прибор, который показывает силу тока) показывает , а вольтметр . Необходимо определить сопротивление участка цепи .

По определению закона Ома для участка цепи

откуда

Изучая закон Ома для участка цепи в 8 классе школы, учителя часто задают ученикам следующие вопросы, чтобы закрепить пройденный материал:

Между какими величинами Закон Ома для участка цепи устанавливает зависимость?

– Правильный ответ: между силой тока [I], напряжением [U] и сопротивлением [R].

Отчего кроме напряжения зависит сила тока?

– Правильный ответ: От сопротивления

Как зависит сила тока от напряжения проводника?

– Правильный ответ: Прямо пропорционально

Как зависит сила тока от сопротивления?

– Правильный ответ: обратно пропорционально.

Данные вопросы задают для того, чтобы в 8 классе ученики смогли запомнить закон Ома для участки цепи, определение которого гласит, что сила тока прямо пропорциональна напряжению на концах проводника, если при этом сопротивление проводника не меняется.

Закон Ома для участка цепи. Сопротивление (Ерюткин Е.С.). Видеоурок. Физика 10 Класс

Закон ома для участка цепи

На этом уроке мы рассмотрим связь параметров поля внутри проводника (разность потенциалов на определенном участке) с характеристикой тока (силой тока), сформулируем закон Ома для участка цепи, а также рассмотрим свойства проводников, влияющие на пропускание электрического тока (сопротивление)

Для существования электрического тока внутри проводника должно существовать электрическое поле, а для существования поля в проводнике необходима разность потенциалов. Разность потенциалов называют напряжением.

Причем ток направлен в сторону уменьшения потенциалов (ток по договоренности обусловлен движением положительных зарядов), а свободные электроны, соответственно, движутся в обратную сторону.

Рассмотрим движение частиц в металлическом проводнике.

Рис. 1. Движение частиц в металлическом проводнике

Допустим, на концах некоторого участка проводника существуют потенциалы  и , причем .

В таком случае напряжение на участке (или разность потенциалов) равно .

Опытным путем было показано, что, чем больше напряжение на участке, тем больше сила тока, проходящего через него.

Немецкий ученый Георг Ом в 1826 году провел серию опытов и получил зависимость, которую впоследствии назвали законом Ома.

Рис. 2. Георг Ом

Для разных проводников он строил так называемые вольт-амперные характеристики – графики зависимости силы тока от напряжения.

Рис. 3. График зависимости силы тока от напряжения

Важно

В результате была обнаружена линейная связь силы тока с напряжением: увеличивая напряжение, увеличиваем и силу тока, это увеличение происходит прямо пропорционально: .

Однако, как видно из графиков, для каждого проводника коэффициент пропорциональности разный. Это означало, что каждый проводник обладает некоторой мерой проводимости тока, и для разных проводников она разная. Эту величину назвали электрическим сопротивлением. Обозначение сопротивления – R.

При одном и том же напряжении проводники с меньшим сопротивлением будут пропускать ток большей силы.

Используя опытные результаты, Омом был сформулирован закон, впоследствии названный законом Ома для участка цепи. Закон Ома для участка цепи:сила тока для однородного проводника на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Сопротивление является главной характеристикой проводника.

В чем же природа сопротивления? Чем обусловлена лучшая или худшая проводимость тока проводниками? Дело в том, что электроны, которые движутся в металле под действием электрического поля, не движутся в однородной среде, они постоянно взаимодействуют с узлами кристаллической решетки металла и атомами различных примесей, замедляясь. В перерывах же между ударами они движутся равноускоренно.

Рис. 4. Движение электронов в металлическом проводнике

Проводники могут быть твердые, жидкие, газообразные, плазменные и во всех них существует свое электрическое сопротивление.

После объяснения механизма сопротивления становится очевидным, что сопротивление зависит только от свойств проводника, в частности, материала, геометрических размеров и температуры. Какова же эта зависимость?

В данном случае это l – длина проводника;

S – площадь поперечного сечения проводника;

Ρ – удельное сопротивление.

Чем проводник длиннее, тем его электрическое сопротивление больше, а чем площадь поперечного сечения проводника больше, тем электрическое сопротивление меньше.

Удельное сопротивление– табличная величина, характеризующая способность материала к сопротивлению, показывает, каким сопротивлением обладает проводник длиной 1 метр, площадь поперечного сечения которого составляет 1 м2.

Единица измерения сопротивления – Ом:

Единица измерения удельного сопротивления: . По удельному сопротивлению мы можем судить о материале и о том, как его можно использовать. Все удельные сопротивления известных нам материалов собраны в таблице:

Рис. 5. Удельное сопротивление металлов

Совет

По признаку проводимости все материалы разделяются на три группы: проводники (удельное сопротивление порядка 10-8 Ом м), полупроводники (порядка 10-4-102 Ом м) и изоляторы (порядка 108-1017 Ом м).

Закон Ома для участка цепи имеет значение для расчета электрических цепей.

На следующем уроке мы рассмотрим, как соединяются электрические сопротивления (резисторы).

Список рекомендованной литературы

  • Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) – М.: Мнемозина, 2012.
  • Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. – М.: Илекса, 2005.
  • Мякишев Г.Я., Синяков А.З., Слободсков Б.А. Физика. Электродинамика. – М., 2010.
  • Домашнее задание

  • Для изготовления резистора сопротивления 126 Ом использовали никелевый провод с площадью сечения 0,1 мм2. Какая длина этого провода?
  • Как изменится сопротивление оголенного провода, если его сложить в два раза?
  • От чего зависит сопротивление?
  • Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  • Интернет-портал Kakras.ru (Источник).
  • Интернет-портал Class-fizika.narod.ru (Источник).
  • Интернет-портал Uchifiziku.ru (Источник).
  • Интернет-портал Electromechanics.ru (Источник).
  • Закон Ома для участка цепи – формула и единицы измерения

    Закон ома для участка цепи

    Эмпирический физический закон Ома для участка цепи установил Georg Simon Ohm почти два столетия назад, и получил название в честь этого знаменитого физика из Германии.

    Именно этим законом определяется связь, которая возникает между электродвижущей силой источника, силой электротока и показателями сопротивления внутри проводника.

    Классическая формулировка

    Рассмотрим определение закона Ома.

    Весь объём прикладной электротехника базируется на физическом законе Ома и представлен двумя основными формами:

    • учacтoк электрoцепи;
    • пoлнaя электрoцепь.

    В классическом виде формулировка такого закона очень хорошо известна всем ещё со школьной скамьи: сила тока в электрической цепи является прямо пропорциональной показателям напряжения, а также обладает обратной пропорциональностью показателям сопротивления.

    Интегральная форма такого закона следующая: I = U / R, где

    • I – показатель силы тока, который проходит через участок электроцепи при показателях сопротивления, обозначаемых R;
    • U – показатель напряжения.

    Сопротивление или «R» принято считать наиболее важной характеристикой, что обусловлено зависимостью от таких параметров проводника.

    Необходимо помнить, что такая форма закона, помимо растворов и металлов, справедлива исключительно для электрических цепей, в которых отсутствует реальный источник тока или он идеален.

    Закон Ома для неоднородного участка цепи

    Участок любой электрической цепи является неоднородным, если в него подключен источник электродвижущей силы. Таким образом, в этой электроцепи отражается воздействие посторонних сил.

    I=ϕ2-ϕ1+ℰ/R+r, где

    • I — обозначение силы тока;
    • ϕ1 — обозначение пoтeнциaлa точки «A»;
    • ϕ2 — обозначение пoтeнциaлa точки «B»;
    • ℰ — показатели электродвижущей силы источника электрического тока в вольтах;
    • R — обозначение сопротивления участка;
    • r — внутреннее сопротивление источника тока.

    Закон Ома для участка цепи

    Для стандартных неоднородных участков характерным является наличие некоторой разницы потенциалов на концевой части электроцепи, а также внутренних скачков потенциалов.

    Закон Ома для участка цепи

    Согласно закону, сила тока на участке электрической цепи имеет прямую пропорциональность уровню напряжения и обратную пропорциональность электрическому сопротивлению на данном участке.

    Например, если проводник обладает сопротивлением в 1 Ом и током в 1 Ампер, то его концах напряжение составит 1 Вольт, что означает падение напряжения или U = IR.

    Если концы проводника обладают напряжением в 1 Вольт и током в 1 Ампер, то показатели сопротивления проводника составят 1 Ом или R = U/I

    Участок цепи может быть представлен простой цепью с одним потребителем, параллельным подключением с парой потребителей, а также последовательным подключением и смешанным топом соединением, отличающимся совокупностью последовательного и параллельного подсоединения.

    Закон Ома для участка цепи с ЭДС

    ЭДС или электродвижущая сила является физической величиной, определяющей отношение посторонних сил в процессе перемещения заряда в сторону положительного полюса источника тока к величине данного заряда:

    • ε = Acт / q
    • ε – электродвижущая сила;
    • Acт – работа сторонних сил;
    • q – заряд;

    Единица измерения электродвижущей силы – В (вольт)

    Закон Ома для участка цепи с ЭДС

    Аналитическое выражение закона для участка цепи с источником электродвижущей силы следующее:

    • I = (φa – φc + E) / R = (Uac + E) / R;
    • I = (φa – φc – E) / R = (Uac – E) / R;
    • I = E /(R+ r), где
    • Е – показатели электродвижущей силы.

    Электрический ток в этом случае представляет собой алгебраическую сумму, полученную при сложении показателей напряжения на зажимах с показателями электродвижущей силы, разделенной на показатели сопротивления.

    Правило, касающееся наличия одного ЭДС гласит: наличие постоянного тока предполагает поддерживание неизменной разности потенциалов на концах электрической цепи посредством стандартного источника тока.

    Внутри источника электрического тока положительный заряд переносится в сторону большего потенциала с разделением зарядов на положительные и отрицательно заряженные частицы.

    Закон Ома для участка цепи без ЭДС

    Нужно учитывать, что для участка цепи, не содержащего источника электродвижущей силы, устанавливается связь, возникающая между электрическим током и показателями напряжения на данном участке.

    I = Е / R

    Согласно данной формуле, сила тока имеет прямую пропорциональность напряжению на концах участка электрической цепи и обратную пропорциональность показателям сопротивления на этом участке.

    Источник электродвижущей силы

    Благодаря внешним характеристикам ЭДС определяется степень зависимости показателей напряжения на зажимах источника и величины нагрузки.

    Например, U= E-R0 х I, в соответствии с двумя точками: I=0 E=U и U=0 E=R0I.

    Идеальный источник электродвижущей силы: R0=0, U=E. В этом случае величина нагрузки не оказывает воздействия на показатели напряжения.

    Эмпирический физический закон Ома для полной цепи определяет два следствия:

    • В условиях r < < R, показатели силы тока в электрической цепи являются обратно пропорциональными показателям сопротивления. В некоторых случаях источник может являться источником напряжения.
    • В условиях r > > R, свойства внешней электрической цепи или величина нагрузки не оказывают влияния на показатели сила тока, а источник может назваться источником тока.

    Электродвижущая сила, находящаяся в условиях замкнутой цепи с электрическим током, чаще всего равна: Е = Ir + IR = U(r) + U(R)

    Таким образом, ЭДС можно определить, как скалярную физическую величину, отражающую воздействие сторонних сил неэлектрического происхождения.

    Принятые единицы измерения

    К основным, общепринятым единицам измерения, которые используются при выполнении любых расчётов, касающихся закона Ома, относятся:

    • отражение показателей напряжения в вольтах;
    • отражение показателей тока в амперах;
    • отражение показателей сопротивления в омах.

    Любые другие величины перед тем, как приступить к расчётам, необходимо в обязательном порядке перевести в общепринятые.

    Важно помнить, что физический закон Ома не соблюдается в следующих случаях:

    • высокие частоты, сопровождающиеся значительной скоростью изменений электрического поля;
    • при сверхпроводимости в условиях низкотемпературных режимов;
    • в лампах накаливания, что обусловлено ощутимым нагревом проводника и отсутствием линейности напряжения;
    • при наличии пробоя, вызванного воздействием на проводник или диэлектрик напряжения с высокими показателями;
    • внутри вакуумных источников света и электронных ламп, заполненных газовыми смесями, включая люминесцентные осветительные приборы.

    Такое же правило распространяется на гетерогенные полупроводники и полупроводниковые приборы, характеризующиеся наличием p/n-переходов, включая диодные и транзисторные элементы.

    Видео на тему

    Закон Ома для участка цепи – Основы электроники

    Закон ома для участка цепи

    Скажу сразу, что закон Ома – основной закон электротехники и применяется для расчета таких величин, как: ток, напряжение и сопротивление в цепи.

    Рассмотрим электрическую цепь, приведенную на рисунке 1.

    Рисунок 1. Простейшая цепь, поясняющея закон Ома.

    Мы знаем, что электрический ток, то есть поток электронов, возникает в цепи между двумя точками (на рисунке А и Б) с разными потенциалами.

    Тогда следует считать, что чем больше разность потенциалов, тем большее количество электронов переместятся из точки с низким потенциалом (Б) в точку с высоким потенциалом (А).

    Количественно ток выражается суммой зарядов прошедших через заданную точку и увеличение разности потенциалов, то есть приложенного напряжения к резистору R, приведет к увеличению тока через резистор.

    С другой стороны сопротивление резистора противодействует электрическому току. Тогда следует сказать, что чем больше сопротивление резистора, тем меньше будет средняя скорость электронов в цепи, а это ведет к уменьшению тока через резистор.

    Совокупность двух этих зависимостей (тока от напряжения и сопротивления) известна как закон Ома для участка цепи и записывается в следующем виде:

    I=U/R

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

    Следует знать что:

    I – величина тока, протекающего через участок цепи;

    U – величина приложенного напряжения к участку цепи;

    R – величина сопротивления рассматриваемого участка цепи.

    Обратите внимание

    При помощи закона Ома для участка цепи можно вычислить приложенное напряжение к участку цепи (рисунок 1), либо напряжение на входных зажимах цепи (рисунок 2).

    Рисунок 2. Последовательная цепь, поясняющая расчет напряжения на зажимах цепи.

    В этом случае формула (1) примет следующий вид:

    U = I *R

    Но при этом необходимо знать ток и сопротивление участка цепи.

    Третий вариант закона Ома для участка цепи, позволяющий рассчитать сопротивление участка цепи по известным значениям тока и напряжения имеет следующий вид:

    R =U/I

    Как запомнить закон Ома: маленькая хитрость!

    Для того, что бы быстро переводить соотношение, которое называется закон Ома, не путаться, когда необходимо делить, а когда умножать входящие в формулу закона Ома величины, поступайте следующим образом. Напишите на листе бумаги величины, которые входят в закон Ома, так как показано на рисунке 3.

    Рисунок 3. Как запомнить закон Ома.

    Теперь закройте пальцем, ту величину, которую необходимо найти. Тогда относительное расположение оставшихся незакрытыми величин подскажет, какое действие необходимо совершить для вычисления неизвестной величины.

    Подробнее можно узнать в мультимедийном учебнике по основам электротехники и электроники.

    ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

    Закон Ома для участка цепи. Пример расчета

    Закон ома для участка цепи

    Всем привет.
    В предыдущей статье мы собрали простую замкнутую цепь, состоящий из источника питания, проводников по которым протекает ток и нагрузки. Выяснили, что такое сопротивление проводника и сопротивление нагрузки.

    Так же рассмотрели взаимосвязь между напряжением тока, силой тока и сопротивлением на разных участках цепи (проводника и нагрузки). Все эти отношения установлены в основном законе электротехники – в законе Ома.
    В этой статье, мы рассмотрим Закон Ома для участка цепи.

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

    Давайте рассмотрим этот закон на примере. Соберем следующую схему:

    Так как сопротивление проводников близко к нулю, будем считать, что они равны нулю. В нашу электрическую цепь, кроме нагрузки, мы еще добавили два прибора.

    Амперметр – прибор для измерения силы тока, или другими словами измеряет сколько потребляет нагрузка, так легче запомнить. Соединяется последовательно с нагрузкой.
    Вольтметр – прибор для измерения напряжения тока, при подключении к нагрузке, показывает сколько падает напряжение на нагрузку.

    Соединятся параллельно с нагрузкой.

    Давайте нагрузку поставим сопротивлением равной 100 Ом, с источника питания пустим напряжение 5 В (вольт). Снимем показания с приборов. Нас интересует показатель амперметра.

    Амперметр показывает – 0,05 А (ампер) для удобства можно перевести в миллиамперы – 50 мА (миллиампер).

    наведите или кликните мышкой, для анимации

    Теперь поменяем напряжение тока, вместо 5 В установим 10 В. Снимем показатель амперметра. Амперметр показывает – 0,1 А переводим в миллиамперы – 100 мА. Сразу отметим для себя – с увеличением напряжения увеличилась сила тока.
    В законе ома: «сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению … ».

    наведите или кликните мышкой, для анимации

    Теперь вернемся к первому опыту, то есть установим напряжение обратно на значение 5 В. Попробуем изменить сопротивление нагрузки. Поменяем нагрузку со значение сопротивления 200 Ом. Снимем показатели с амперметра и сравним с показателями первого опыта.

    Амперметр показывает – 0,025 А переводим в миллиамперы – 25 мА. Таким образом увеличение сопротивления нагрузки, уменьшило силу тока.
    В законе ома: «сила тока в участке цепи … обратно пропорциональна электрическому сопротивлению».

    наведите или кликните мышкой, для анимации

    Важно

    Закон Ома для участка цепи записывается следующей формулой: I = U/R Как нам уже известно:

    I = сила тока

    U = напряжение тока
    R = сопротивление (сопротивление нагрузки)

    Так же эту формулу можно преобразовывать для определения напряжения тока или сопротивления нагрузки. Что бы легче запомнить формулы, надо запомнить треугольник Ома, который изображен выше. Закрывая искомую величину пальцем, можно увидеть формулу для нее.

    Формула для определения напряжения:

    Формула для определения сопротивления:

    Рассмотрим простой пример расчета используя закон Ома для участка цепи. Если в примере выше, мы бы не использовали амперметр, зная напряжение тока 5 В (U) и сопротивление нагрузки 100 Ом (R). Использую следующую формулу I = U/R, мы бы получили результат: 5/100 = 0,05. Ответ 0,05 А = 50 мА.

    Мы разобрали закон Ома для участка цепи, ознакомились с формулами для определения силы тока, напряжение тока и сопротивления. Так же хочу добавить, при расчетах, необходимо переводить единицы измерения в систему СИ. В примерах выше для демонстраций замкнутой цепи, я использовал программу – Electronics Workbench. Программа предназначена для моделирования и анализа электронных схем.

    Законы постоянного тока. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление. Соединение проводников – Класс!ная физика

    Закон ома для участка цепи

    Электрический ток – упорядоченное движение заряженных частиц ( свободных электронов или ионов).

    При этом через поперечное сечение проводника перносится электрический заряд ( при тепловом движении заряженных частиц суммарный перенесенный электрический зпряд = 0, т.к. положительные и отрицательные заряды компенсируются).

    Направление электрического тока – условно принято считать направление движения положительно заряженных частиц ( от + к – ).

    Действия электрического тока ( в проводнике):

    тепловое действие тока – нагревание проводника ( кроме сверхпроводников);

    химическое действие тока – проявляется только у электролитов, при этом на электродах выделяются вещества, входящие в состав электролита;

    магнитное действие тока ( основное ) – наблюдается у всех проводников (отклонение магнитной стрелки вблизи проводника с током и силовое действие тока на соседние проводники посредством магнитного поля).

    Количественная характеристика электрического тока

    Сила тока – это отношение заряда q, перенесенного через поперечное сечение проводника за интервал времени t к этому интервалу.

    Постоянный ток – электрический ток, у которого сила тока со временем не меняется.

    Сила тока зависит от заряда частицы, концентрации частиц, скорости направленного движения частиц и площади поперечного сечения проводника.

    где S – площадь поперечного сечения проводника, qo – электрический заряд частицы, n – концентрация частиц, v – скорость упорядоченного движения электронов.

    Единица измерения силы тока:

    Условия, необходимые для существования электрического тока: – наличие свободных электрически заряженных частиц; – наличие внутри проводника электрического поля действующего с силой на заряженные частицы для их упорядоченного движения (свободные электроны по инерции , без действия силы, перемещаться не могут из-за тормозящего воздействия на них кристаллической решетки). Если в проводнике существует электрическое поле, то между концами проводника есть разность потенциалов.

    Если разность потенциалов постоянна во времени, в проводнике течет постоянный ток.

    ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ

    где U – напряжение на концах участка цепи, R – сопротивление участка цепи. (сам проводник тоже можно считать участком цепи).

    Для каждого проводника существует своя определенная вольт-амперная характеристика.

    СОПРОТИВЛЕНИЕ

    – основная электрическая характеристика проводника.
    – по закону Ома эта величина постоянна для данного проводника.

    1 Ом – это сопротивление проводника с разностью потенциалов на его концах в 1 В и силой тока в нем 1 А.

    Сопротивление зависит только от свойств проводника:

    где S – площадь поперечного сечения проводника, l – длина проводника, ро – удельное сопротивление, характеризующее свойства вещества проводника.

    ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ

    – состоят из источника, потребителя электрического тока, проводов, выключателя.

    ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ

    I – сила тока в цепи U – напряжение на концах участка цепи

    R – полное сопротивление участка цепи

    ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ

    I – сила тока в неразветвленном участке цепи U – напряжение на концах участка цепи

    R – полное сопротивление участка цепи

    Вспомни, как подключаются измерительные приборы:

    Амперметр – включается последовательно с проводником, в котором измеряется сила тока.

    Вольтметр – подключается параллельно проводнику, на котором измеряется напряжение.

    Следующая страница «Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца»
    Назад в раздел «10-11 класс»

    Электростатика и законы постоянного тока – Класс!ная физика

    Электрический заряд. Электризация. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Единица электрического заряда — Близкодействие и дальнодействие. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей. Силовые линии электрического поля — Проводники и диэлектрики в электростатическом поле.

    Совет

    Поляризация диэлектриков
    — Потенциальная энергия тела в электростатическом поле. Потенциал электростатического поля и разность потенциалов. Связь между напряженностью электростатического поля и разхностью потенциалов — Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора — Электрический ток. Сила тока. Условия, необходимые для существования электрического тока.

    Закон Ома для участка цепи. Сопротивление — Работа и мощность тока

    Электрическое сопротивление. Закон Ома для участка электрической цепи — урок. Физика, 8 класс

    Закон ома для участка цепи

    Соберём электрическую цепь, состоящую из источника тока (который позволяет плавно менять напряжение), амперметра, спирали из никелиновой проволоки (проводника), ключа и параллельно присоединённого к спирали вольтметра (схема этой цепи показана рядом, прямоугольником условно обозначен проводник).

    Замкнём цепь и отметим показания приборов. Затем при помощи источника тока плавно изменим напряжение (лучше всего увеличить его вдвое). Напряжение на спирали при этом тоже увеличится вдвое, и амперметр покажет вдвое большую силу тока.

    Увеличивая напряжение в (3) раза, напряжение на спирали увеличивается втрое, во столько же раз увеличивается сила тока.

    Таким образом, опыт показывает, что во сколько раз увеличивается напряжение, приложенное к одному и тому же проводнику, во столько же раз увеличивается сила тока в нём. Другими словами:

    Обрати внимание!

    Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника.

    Эту зависимость можно изобразить графически. Её называют зависимостью силы тока в проводнике от напряжения между концами этого проводника.

    Включая в электрическую цепь источника тока различные проводники и амперметр, можно заметить, что при разных проводниках показания амперметра различны, т.е. сила тока в данной цепи различна.

    Графики тоже будут отличаться.

    Вольтметр, поочерёдно подключаемый к концам этих проводников, показывает одинаковое напряжение. Значит, сила тока в цепи зависит не только от напряжения, но и от свойств проводников, включённых в цепь.

    Зависимость силы тока от свойств проводника объясняется тем, что разные проводники обладают различным электрическим сопротивлением.

    Обрати внимание!

    Электрическое сопротивление — физическая величина. Обозначается оно буквой R.

    За единицу сопротивления принимают (1) ом — сопротивление такого проводника, в котором при напряжении на концах (1)вольт сила тока равна (1) амперу.

    Кратко это записывают так: 1 Ом =1 В1 А.Применяют и другие единицы сопротивления: миллиом (мОм), килоом (кОм), мегаом (МОм).

    (1) мОм = (0,001) Ом;

    (1) кОм = (1000) Ом;

    (1) МОм = (1 000 000) Ом.

    Причина сопротивления заключается в следующем: электроны взаимодействуют с ионами кристаллической решётки металла.

    При этом замедляется упорядоченное движение электронов, и сквозь поперечное сечение проводника проходит за (1) с меньшее их число. Соответственно, уменьшается и переносимый электронами за (1) с заряд, т.е. уменьшается сила тока.

    Таким образом, каждый проводник как бы противодействует электрическому току, оказывает ему сопротивление. Итак:

    Обрати внимание!

    Обратите внимание

    Причиной сопротивления является взаимодействие движущихся электронов с ионами кристаллической решётки.

    Чтобы ответить на вопрос, как зависит сила тока в цепи от сопротивления, обратимся к опыту.

    На рисунке изображена электрическая цепь, источником тока в которой является аккумулятор. В эту цепь по очереди включают проводники, обладающие различным сопротивлением. Напряжение на концах проводника во время опыта поддерживается постоянным. За этим следят по показаниям вольтметра. Силу тока в цепи измеряют амперметром. Ниже приведены результаты опытов с тремя различными проводниками.

    Напряжение на концах проводника, В
    Сопротивление проводника, Ом
    Сила тока в цепи, А

    (2)
    (1)
    (2)

    (2)
    (2)
    (1)

    (2)
    (4)
    (0,5)

    Обобщая результаты опытов, приходим к выводу, что:

    Обрати внимание!

    Сила тока в проводнике обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

    Зависимость силы тока от напряжения на концах участка цепи и сопротивления этого участка называется законом Ома — по имени немецкого учёного Георга Ома, открывшего этот закон в (1827) году.
    Закон Ома читается так:

    Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

    И записывается так:

    I=UR,

    где (I) — сила тока в участке цепи, (U) — напряжение на этом участке, (R) — сопротивление участка.

    Зависимость силы тока от сопротивления проводника при одном и том же напряжении на его концах может быть показана графически:

     

    Найти сопротивление экспериментально можно несколькими способами:

    При помощи амперметра и вольтметра
    При помощи омметра
    При помощи мультиметра (в режиме омметра)

    Где  — обозначение омметра в цепи (или мультиметра в режиме измерения сопротивления).

    Пёрышкин А.В. Физика, 8 класс// ДРОФА, 2013.

    http://xn--h1adlho.xn--g1ababalj7azb.xn--p1ai/375/
    http://radiolove.ucoz.com/index/ne_znaesh_zakona_oma_sidi_doma/0-8

    Закон Ома для участка цепи

    Закон ома для участка цепи

    Главная > Теория > Закон Ома для участка цепи

    Закон Ома является одним из основных при описаниях, расчетах и эксплуатации электрических систем. Обобщенный закон Ома связывает воедино основные параметры электрических цепей и устанавливает соотношения между ними.

    Любая цепь характеризуется наличием источника питания с его ЭДС (электродвижущей силой) и нагрузкой, имеющей сопротивление. В замкнутой цепи протекает ток, значение которого и определяется вышеупомянутым законом.

    Простейшая электрическая цепь

    Закон Ома для замкнутой цепи гласит, что значение силы тока, который протекает в электрической цепи, имеет обратно пропорциональную зависимость в отношении сопротивления нагрузки и прямую в отношении приложенного напряжения. Это краткая формулировка, но она полностью отображает суть закона.

    Зависимость между напряжением и протекающим током описал и сформулировал еще в первой половине 19-го века известный ученый из Германии Георг Симон Ом. В честь него и был названа, пожалуй, самая известная зависимость параметров в электротехнике.

    Во время жизни Ома определение сопротивления не было известно, резистор как элемент не существовал, поэтому в формуле Георгом Омом были введены длина проводника и некий коэффициент, характеризующий его материал, можно сказать, прообраз удельного сопротивления.

    По прошествии времени формулировка закона Ома несколько раз уточнялась, пока не была оставлена в том состоянии, в котором существует в настоящий момент. Сопротивление условились измерять в Омах, в честь открывателя.

    Важно

    Для расчета можно воспользоваться простейшей иллюстрацией, в которой используется графический треугольник.

    Мнемонический треугольник для расчета i u r

    Две формулировки

    Во всей учебной и популярной литературе встречаются две трактовки закона: для полной цепи и, как частный случай, для ее участка. В них нет принципиальных различий. Закон Ома для участка цепи является частным случаем при некоторых условиях.

    Итак, что такое закон Ома для полной цепи? Формула имеет вид:

    I= ε /(R+r), где:

    r, R – сопротивления: внутреннее (собственное) источника питания и, соответственно, нагрузки;

    ε – ЭДС источника напряжения.

    Иллюстрация для полной цепи

    Формула для участка имеет немного иной вид:

    I=U/R, где:

    • R – сопротивление участка,
    • U – разность потенциалов на его концах (падение напряжения).

    Из сравнения выражений становится ясно, что встречающаяся формулировка «закон Ома для участка цепи с ЭДС» не имеет смысла, поскольку электродвижущая сила является характеристикой источника питания, а не разности потенциалов на участке.

    Почему в формуле фигурирует значение ЭДС, а не напряжение, и что означает внутреннее сопротивление? Простыми словами, источники питания не идеальны и обладают собственным сопротивлением, которое тем меньше, чем лучше параметры источника.

    В том случае, когда данная величина источника на несколько порядков меньше, чем у нагрузки, им можно пренебречь, и напряжение становится численно равным ЭДС. В слаботочных цепях так обычно и происходит. Другое дело, когда сопротивление источника соизмеримо с нагрузкой.

    Тогда протекающий ток вызовет внутри источника некоторое падение напряжения, которое будет вычитаться из значения ЭДС, в результате напряжение источника станет меньше, чем его электродвижущая сила.

    С данным явлением знакомы владельцы автомобилей со старой аккумуляторной батареей. С возрастом у аккумуляторов, кроме падения емкости, наблюдается рост внутренней нагрузки.

    При выключенном замке зажигания напряжение, измеренное на клеммах аккумуляторной батареи, равно ее ЭДС (порядка 12В).

    При включении стартера сила тока на участке цепи составляет сотни ампер, напряжение на участке цепи – на клеммах аккумулятора падает до 9 и менее вольт.

    Недостающие 3В остались на внутреннем сопротивлении аккумулятора. Это объемное сопротивление пластин, электролита, соединительных клемм между отдельными банками. Применяя для расчета закон Ома для участка цепи, можно такое явление назвать просадкой. Оно характерно для старых аккумуляторов, особенно в холодное время года, когда внутренняя нагрузка аккумулятора максимальна.

    Чтобы снизить просадку, согласно закону Ома для участка цепи, содержащего ЭДС, требуется снизить потребляемую стартером мощность, а это значит нужно уменьшить потери на трение, то есть прогреть масло в картере двигателя и выжать сцепление, чтобы двигатель не прокручивал холодное масло в КПП.

    На самом деле в приведенном примере происходят гораздо более сложные процессы, но в первом приближении это верно.

    Важную роль внутреннее сопротивление играет при передаче напряжения по линиям электропередач. Для конечного потребителя его доставляют провода ЛЭП. Чтобы уменьшить падение напряжения на проводах, нужно или увеличивать их сечение, или уменьшать протекающий через них ток.

    Совет

    Увеличение сечения вызывает рост массы и стоимости, поэтому применяют снижение тока. Имея одинаковую мощность нагрузки, это можно сделать только одним способом – повышением напряжения.

    Правильность данного решения легко проверить, применяя закон Ома для однородного участка цепи и определив, сколько вольт падает при разных значениях тока.

    Именно это обусловило абсолютное преимущество применения переменного тока, поскольку его преобразование легко решается при помощи трансформаторов.

    2-й закон Ома существует для тех примеров, когда источник напряжения по характеристикам приближен к идеальному, и его внутренним сопротивлением можно пренебречь, или если требуется определить разницу потенциалов (падение напряжения) на нагрузке (резисторе). Второй закон позволяет сделать расчеты проще, чем первый.

    Определение падения напряжения на нагрузке

    Переменный ток

    Закон Ома для неоднородного участка цепи

    Справедлив обобщенный закон Ома не только для постоянного тока, но также и для переменного. При условии наличия только активной нагрузки – резистора нет никакой разницы со схемами с постоянным током, поэтому при расчетах можно использовать тот же треугольник I U R.

    Иная ситуация наблюдается с реактивными элементами – емкостями и катушками индуктивности.

    Тогда закон Ома для участка цепи используется в комплексном виде и в качестве нагрузки участвует комплексное значение – электрический импеданс, поскольку требуется учитывать фазовые соотношения между напряжением источника питания, падением на элементах схемы и протекающим током.

    Ограничения в применении

    Каким бы ни был универсальным закон Ома для замкнутой цепи, в некоторых случаях он неприменим:

    • При изменении температуры проводников протекающим через них током;
    • Для материалов и веществ, являющихся сверхпроводниками;
    • При сверхвысоких частотах, при которых скорость колебаний напряженности поля соизмерима с инерционными характеристиками носителей электрического заряда;
    • При возможном скачкообразном изменении свойств проводника под действием приложенного напряжения (электрический пробой газового промежутка);
    • В электровакуумных и газонаполненных электронных лампах;
    • В полупроводниковых веществах и приборах с p-n-переходами.

    На некоторых пунктах можно остановиться подробнее.

    Нагрев

    Нагрев проводников приводит к изменению его характеристик. Это явление следует учитывать при значительных величинах зависимости сопротивления от температуры. Классический пример – лампа накаливания. При прохождении тока сопротивление на участке цепи (нити накаливания) изменяется в несколько раз.

    Получается, что измерив омметром параметры лампы, можно определить значение тока при включении лампы в сеть. Но далее нить начинает разогреваться, и сопротивление ее растет. Таким образом, вычисленное значение уже не будет соответствовать действительности.

    В данном примере закон Ома применим только в случае установившегося режима.

    Температурная зависимость

    Именно по причине малого сопротивления холодной вольфрамовой нити подавляющее число отказов ламп накаливания происходит в момент включения. Этот эффект используется в электронных стабилизаторах тока – бареттерах, которые были популярны до наступления эры полупроводников и еще используются в некоторых областях в настоящее время.

    Сверхпроводимость

    Некоторые вещества имеют свойство при охлаждении до некоторой критической температуры перехода – скачкообразно уменьшать сопротивление. После этого обобщенный закон Ома в классическом представлении теряет смысл, поскольку цепь входит в так называемый режим короткого замыкания, при котором сила тока ограничивается только сопротивлением источника напряжения.

    Инерционность переноса заряда

    Реальная скорость переноса отрицательных зарядов в проводящей среде достаточно невелика. Просто начало их движения возможно под действием электромагнитного поля, которое распространяется со скоростью света.

    Однако, как и все материальные частицы, электроны обладают массой, а, следовательно, некоторой инерционностью.

    Таким образом, при высоких скоростях изменения электромагнитного поля носители заряда будут не в состоянии мгновенно реагировать на его изменения, и закон Ома для замкнутой цепи становится неприменим.

    Разряд

    Воздушный промежуток, находящийся между разнополярными электродами, обладает высоким сопротивлением, но при повышении напряжения возникает момент, когда происходит искровой пробой, и сопротивление между электродами падает почти мгновенно.

    Электронные лампы

    Ток эмиссии в вакуумных лампах и тлеющий или дуговой разряд в газонаполненных имеет ярко выраженную нелинейную зависимость от приложенного напряжения, то есть, грубо говоря, сопротивление между электродами зависит от разности потенциалов.

    Полупроводники

    Подобно электронным лампам, полупроводниковые вещества также имеют зависимость внутреннего сопротивления от приложенного напряжения.

    При контакте полупроводников разных типов проводимости (n- и p-полупроводники) наблюдается зависимость параметров p-n-перехода от полярности питания. Данное свойство является основным в диодах и транзисторах.

    Зависимость силы протекающего тока от приложенного напряжения для прямой и обратной полярностей p-n перехода имеет ярко выраженную нелинейность.

    Данное свойство используется в варисторах, полупроводниковых приборах, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения.

    Вольт-амперная характеристика диода

    Видео

    Закон Ома для полной цепи

    Закон Ома для участка цепи. Определение, формула расчета, калькулятор

    Закон ома для участка цепи

    В 1827 году  Георг Ом  опубликовал свои исследования, которые составляют основу формулы, используемую и по сей день. Ом выполнил большую серию экспериментов, которые показали связь между приложенным напряжением и током, протекающим через проводник.

    Этот закон является эмпирическим, то есть основанный на опыте. Обозначение «Ом» принято в качестве официальной единицы СИ для электрического сопротивления.

    Закон Ома для участка цепи гласит, что электрический ток в проводнике прямо пропорционален разности потенциалов в нем и обратно пропорционален его сопротивлению. Принимая во внимание, что сопротивление проводника (не путать с удельным сопротивлением) величина постоянная, можно оформить это следующей формулой:

    где

    • I — тока в амперах (А)
    • V — напряжение в вольтах (В)
    • R — сопротивления в омах (Ом)

    Для наглядности: резистор имеющий сопротивление 1 Ом, через который протекает ток силой в 1 А на своих выводах имеет разность потенциалов (напряжение) в  1 В.

    Немецкий физик Кирхгоф (известен своими правилами Кирхгофа) сделал обобщение, которое больше используется в физике:

    где

    • σ – проводимость материала
    • J — плотность тока
    • Е — электрическое поле.

    Закон Ома и резистор

    Резисторы являются пассивными элементами, которые оказывают сопротивление потоку электрического тока в цепи. Резистор, который функционирует в соответствии с законом Ома, называется омическим сопротивлением. Когда ток проходит через такой резистор, то падение напряжения на его выводах пропорционально величине сопротивления.

    Формула Ома остается справедливой и для цепей с переменным напряжением и током. Для конденсаторов и катушек индуктивности закон Ома не подходит, так как их ВАХ (вольт-амперная характеристика) по сути, не является линейной.

    Формула Ома действует так же для схем с несколькими резисторами, которые могут быть соединены последовательно, параллельно или иметь смешанное соединение. Группы резисторов, соединенные последовательно или параллельно могут быть упрощены в виде эквивалентного сопротивления.

    Обратите внимание

    В статьях о параллельном и последовательно соединении более подробно описано как это сделать.

    Немецкий физик Георг Симон Ом опубликовал в 1827 свою полную теорию электричества под названием «теория гальванической цепи». Он нашел, что падение напряжения на участке цепи является результатом работы тока, протекающего через сопротивление этого участка цепи. Это легло в основу закона, который мы используем сегодня. Закон является одним из основных уравнений для резисторов.

    Закон Ома — формула

    Формула закона Ома может быть использована, когда известно две из трех переменных. Соотношение между сопротивлением, током и напряжением может быть записано по-разному. Для усвоения и запоминания может быть полезен «треугольник Ома».

    или

    или

      Ниже приведены два примера использования такого треугольного калькулятора.

    Имеем резистор сопротивлением в 1 Ом в цепи с падением напряжения от 100В до 10В на своих выводах.Какой ток протекает через этот резистор?Треугольник напоминает нам, что:

    Имеем резистор сопротивлением в 10 Ом через который протекает ток в 2 Ампера при напряжении 120В.Какое будет падение напряжения на этом резисторе?Использование треугольника показывает нам, что:Таким образом, напряжение на выводе будет 120-20 = 100 В.

    Закон Ома — мощность

    Когда через резистор протекает электрический ток, он рассеивает определенную часть мощности в виде тепла.

    Мощность является функцией протекающего тока I (А) и приложенного напряжения V (В):

    где

    • Р — мощность в ваттах (В)

    В сочетании с законом Ома для участка цепи, формулу можно преобразовать в следующий вид:

    или

    Идеальный резистор рассеивает всю энергию и не сохраняет электрическую или магнитную энергию. Каждый резистор имеет предел мощности, которая может быть рассеяна, не оказывая повреждение резистору. Это мощность называется номинальной. 

    Окружающие условия могут снизить или повысить это значение. Например, если окружающий воздух горячий, то способность рассеять излишнее тепло у резистора снижается, и на оборот, при низкой температуре окружающего воздух рассеиваемая способность резистора возрастает.

    На практике, резисторы редко имеют обозначение номинальной мощности. Тем не менее, большинство из резисторов рассчитаны на 1/4 или 1/8 Вт.

    Ниже приведена круговая диаграмма, которая поможет вам быстро определить связь между мощностью, силой тока, напряжением и сопротивлением. Для каждого из четырех параметров показано, как вычислить свое значение.

    Закон Ома — калькулятор

    Данный онлайн калькулятор закона Ома позволяет определить взаимосвязь между силой тока, электрическим напряжением, сопротивлением проводника и мощностью. Для расчета введите любые два параметра и нажмите кнопку расчет:

    Для закрепления понимания работы закона Ома, приведем несколько задач для самостоятельного решения.

    Какая должна быть минимальным мощность этого резистора? Ответ:
    В соответствии с круговой диаграммой  Р = I2*R = 0,12*50 = 0,5 Вт. Таким образом, минимальная мощность должна быть не менее 0,5 Вт, но рекомендуется взять более мощный для дополнительной надежности и долговечности.

    Какой будет ток в цепи? Ответ:
    Это простой пример закона Ома. Напряжение и сопротивление известны, так что мы можем вычислить ток по формуле:I = V / R = 6 / 1,2 = 5 А.

    Электронагреватель (резистор) мощностью 1 кВт подключен в цепь с током 10A. Какое будет падение напряжения на нагревателе? Ответ:
    Напряжение может быть выражено через ток и мощность по формуле:
    V = P / I = 1000/10 = 100 В

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector