Сопротивление формула через силу тока и напряжение

Закон Ома показывает линейную зависимость между напряжением и током в электрической цепи.

Падение напряжения и сопротивление резистора определяют протекание постоянного тока через резистор.

Используя аналогию с потоком воды, мы можем представить электрический ток как поток воды через трубу, резистор как тонкую трубу, ограничивающую поток воды, напряжение как разность высот воды, которая позволяет воде течь.

  • Формула закона Ома
  • Закон Ома для цепи переменного тока
  • Калькулятор закона Ома

Формула закона Ома

Ток резистора I в амперах (А) равен напряжению резистора V в вольтах (В), деленному на сопротивление R в омах (Ом):

V — падение напряжения на резисторе, измеренное в вольтах (В). В некоторых случаях в законе Ома для обозначения напряжения используется буква E. E обозначает электродвижущую силу.

I — электрический ток, протекающий через резистор, измеряется в амперах (А).

R — сопротивление резистора, измеренное в Ом (Ом).

Расчет напряжения

Зная ток и сопротивление, мы можем рассчитать напряжение.

Напряжение V в вольтах (В) равно току I в амперах (А), умноженному на сопротивление R в омах (Ом):

Расчет сопротивления

Зная напряжение и ток, мы можем рассчитать сопротивление.

Сопротивление R в омах (Ом) равно напряжению V в вольтах (В), деленному на ток I в амперах (А):

Поскольку ток задается значениями напряжения и сопротивления, формула закона Ома может показать, что:

  • Если мы увеличим напряжение, ток увеличится.
  • Если мы увеличим сопротивление, ток уменьшится.

Пример # 1

Найдите ток электрической цепи с сопротивлением 50 Ом и напряжением питания 5 Вольт.

I = V / R = 5 В / 50 Ом = 0,1 А = 100 мА

Пример # 2

Найдите сопротивление электрической цепи, имеющей напряжение питания 10 В и ток 5 мА.

I = 5 мА = 0,005 А

R = V / I = 10 В / 0,005 A = 2000 Ом = 2 кОм

Электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление — это физическая величина, характеризующая противодействие проводника или электрической цепи электрическому току.

Электрическое сопротивление определяется как коэффициент пропорциональности $R$ между напряжением $U$ и силой постоянного тока $I$ в законе Ома для участка цепи.

Единица сопротивления называется омом (Ом) в честь немецкого ученого Г. Ома, который ввел это понятие в физику. Один ом ($1$ Ом) — это сопротивление такого проводника, в котором при напряжении $1$ В сила тока равна $1$ А.

Удельное сопротивление

Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от материла проводника, его длины $l$ и поперечного сечения $S$ и может быть определено по формуле:

где $ρ$ — удельное сопротивление вещества, из которого изготовлен проводник.

Урок 149 (осн). Простейшие задачи на силу тока и напряжение

Удельное сопротивление вещества — это физическая величина, показывающая, каким сопротивлением обладает изготовленный из этого вещества проводник единичной длины и единичной площади поперечного сечения.

Из формулы $R=ρ/$ следует, что

Величина, обратная $ρ$, называется удельной проводимостью $σ$:

Так как в СИ единицей сопротивления является $1$ Ом, единицей площади $1м^2$, а единицей длины $1$ м, то единицей удельного сопротивления в СИ будет $1$ Ом$·м^2$/м, или $1$ Ом$·$м. Единица удельной проводимости в СИ — $Ом^м^$.

На практике площадь сечения тонких проводов часто выражают в квадратных миллиметрах (м$м^2$). В этом случае более удобной единицей удельного сопротивления является Ом$·$м$м^2$/м. Так как $1 мм^2 = 0.000001 м^2$, то $1$ Ом$·$м $м^2$/м$ = 10^$ Ом$·$м. Металлы обладают очень малым удельным сопротивлением — порядка ($1 ·10^$) Ом$·$м$м^2$/м, диэлектрики — в $10^-10^$ раз большим.

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.

В данной статье мы постарались дать простое объяснение закона Ома. Знание этих на первый взгляд простых вещей может сослужить Вам неплохую службу на экзамене. Конечно, мы привели его простейшую формулировку закона Ома и не будем сейчас лезть в дебри высшей физики, разбираясь с активным и реактивным сопротивлениями и прочими тонкостями.

Если у Вас возникнет такая необходимость, Вам с удовольствием помогут сотрудники нашего студенческого сервиса. А напоследок предлагаем Вам посмотреть интересное видео про закон Ома. Это действительно познавательно!

Мы поможем сдать на отлично и без пересдач

  • Контрольная работа от 1 дня / от 120 р. Узнать стоимость
  • Дипломная работа от 7 дней / от 9540 р. Узнать стоимость
  • Курсовая работа от 5 дней / от 2160 р. Узнать стоимость
  • Реферат от 1 дня / от 840 р. Узнать стоимость

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Закон Ома

Электрическое сопротивление проводника не зависит от поданного на него напряжения.

Что такое электрическое сопротивление? Проще всего объяснить это по аналогии с водопроводной трубой. Представьте себе, что вода — некое подобие электрического тока, образуемого направленным движением электронов в проводнике, а напряжение — аналог давления (напора) воды. Сопротивление — это та сила противодействия среды их движению, которую электронам или воде приходится преодолевать, в результате чего производится работа и выделяется теплота. Именно такая модель представлялась в 1820-е годы Георгу Ому, когда он занялся исследованием природы происходящего в электрических цепях.

В водопроводной трубе всё обстоит так, что чем выше давление воды, тем относительно большая доля энергии расходуется на преодоление сопротивления в трубах, поскольку в них усиливается турбулентность потока. Из этого исходил Ом, приступая к опытам по измерению зависимости силы тока от напряжения. И очень скоро выяснилось, что ничего подобного в электрических проводниках не происходит: сопротивление вещества электрическому току вовсе не зависит от приложенного напряжения. В этом, по сути, и заключается закон Ома, который (для отдельного участка цепи) записывается очень просто:

где V — напряжение, приложенное к участку цепи, I — сила тока, а R — электрическое сопротивление участка цепи.

Сегодня мы понимаем, что электрическая проводимость обусловлена движением свободных электронов, а сопротивление — столкновением этих электронов с атомами кристаллической решетки (см. Электронная теория проводимости). При каждом таком столкновении часть энергии свободного электрона передается атому, который, в результате, начинает колебаться более интенсивно, и в результате мы наблюдаем нагревание проводника под действием электрического тока. Повышение напряжения в цепи никак не сказывается на доле тепловых потерь такого рода, и соотношение напряжения и электрического тока остается постоянным.

Однако, когда Георг Ом экспериментально открыл свой закон, атомная теория строения вещества находилась в зачаточном состоянии, а до открытия электрона оставалось несколько десятилетий. Таким образом, для него формула V = IR была чисто экспериментальным результатом. Сегодня мы имеем достаточно стройную и, одновременно, сложную теорию электропроводности и понимаем, что закон Ома в его первозданном виде — всего лишь грубое приближение. Однако это не мешает нам с успехом использовать его для расчета самых сложных электрических цепей, использующихся в промышленности и быту. Единица электрического сопротивления системы СИ называется Ом в честь этого выдающегося ученого.

Георг Симон ОМ

Георг Симон ОМ
Georg Simon Ohm, 1789–1854

Немецкий физик. Родился в Эрлангене в 1789 году (по другим источникам — в 1787-м). Окончил местный университет. Преподавал математику и естественные науки. Признание в академических кругах получил достаточно поздно, лишь в 1849 году став профессором Мюнхенского университета, хотя уже в 1827 году опубликовал закон, который теперь носит его имя. Помимо электричества занимался акустикой и изучением человеческого слуха.

Показать комментарии (10)
Свернуть комментарии (10)

kent10000 27.05.2005 19:41 Ответить

нужен реферат по физике на тему «Закон Ома для участка цепи»

Kiber-Kot > kent10000 |25.10.2006 |20:37 Ответить

БРОСЬ МНЕ НА ЯЩИК РЕФЕРАТ

sanyok9228 > kent10000 |27.10.2006 |17:57 Ответить

BTC 08.11.2005 22:32 Ответить

1. Закон Ома: I=U/R.
2. U=RI- называют падением напряжения на R.
3. Для приведенного рисунка: I=V/R — закон Ома для замкнутой цепи.
(http://frisk.newmail.ru/)

ydm1 > BTC |14.07.2007 |06:28 Ответить

Закон ома.
Обяснения в простом языке

Power 28.01.2006 11:15 Ответить

Звучит немного непривычно. На проводник, в общем, не «подают» напряжение. Его обычно подают к какой-либо нагрузке через проводник.
А поскольку проводник имеет сопротивление, то принято говорить о падении напряжения на проводнике. Это падение зависит от сопротивления проводника и тока, проходящего через него. Само же сопротивление проводника зависимо от температуры.

Dimon_vdl 11.06.2008 22:07 Ответить

А нам в школе говорили что закон Ома звучит так:
«Сила электрического тока в проводнике прямо пропорциональна приложенной к его концам разности потенциалов (напряжению). Коэффициент пропорциональности есть проводимость — свойство характеризующее проводник. Величина, обратная проводимости, называется сопротивлением проводника электрическому току.»

И еще нам говорили что «Говорить, что закон Ома это U=I*R — неправильно, т.к. это не закон , а просто уравнение. Ом не ходил и никому не говорил U=IR.». Нам наверно сильно голову морочили .

Metajamm 09.11.2008 09:42 Ответить

Странное и (имхо) очень бестолковое обьяснение! Обращается внимание на такой ньюанс как независимость сопротивления, а ведь самая соль — выявленная Омом зависимость силы тока. Происходящее куда понятнее если сказать «на пальцах» что ток зависит от сопротивления которое «мешает» току, и напряжения «с помощью которого» ток это сопротивление преодолевает. Остаётся только расставить буковки и значки формулы, показать примеры рассчёта любого из этих 3-х параметров если 2 других известны. И сразу всё становится понятно. Если бы я не понимал закона ома статья только запудрила бы мне мозги.

xfv78 26.01.2009 18:30 Ответить

Урок физики в 9-м классе по теме:
‘Закон Ома’.
Цель урока: знакомство с законом Ома и применение его при решении задач. Развитие межпредметных связей между математикой и физикой.
Оборудование: вольтметр, амперметр, резистор, реостат, источник питания, соединительные провода.

План урока.
1. организационный момент. (подготовка класса к уроку).
2. проверка домашнего задания. Рассказать про резисторы.
3. выступление математика по темам: прямая пропорциональность, график, обратная пропорциональность, график.
Как нам уже давно известно, математика зародилась тысячи лет назад и создавалась для решения многочисленных практических задач, возникавших и в жизни каждого человека, и в жизни человеческих сообществ. Особый интерес для практики представляют формулы, то есть верные равенства, описывающие зависимости между величинами.
Зависимость между величинами бывают разные: 1) если две величины изменяются таким образом, что отношение соответствующих значений этих величин остается числом постоянным, то такие величины называются прямо пропорциональными. Пример: зависимость расстояния и времени равномерного движения является прямой пропорциональностью: s = *t.
Прямо пропорциональные величины можно охарактеризовать еще и так: с увеличением ( уменьшением) одной величины в несколько раз другая величина увеличивается ( уменьшается) во столько же раз.
2). Если две величины изменяются так, что произведение соответствующих значений этих величин остается числом постоянным, то такие величины называются обратно пропорциональными. Обратно пропорциональные величины можно охарактеризовать так: с увеличением ( уменьшением) одной величины в несколько раз другая величина уменьшается ( увеличивается) во столько же раз.
Мы с вами знаем график зависимости прямой пропорциональности y = x, обратной пропорциональности y=1/x. Давайте повторим их и поработаем по графикам.
Два ученика строят графики функций: y=6/x; y=12/x; y=24/x; y=36/x — первый.
y=x; y=2x; y=4x; y=5x- второй.
Остальные работают с учителем по карточкам:
Постройте формулу, описывающую зависимости между величинами. Какая это зависимость?
1) Лыжник идет со скоростью 6 км/ч какое расстояние он пройдет за 2,5 ч? за какое время он пройдет 27 км?
2) Килограмм картошки стоит 6 руб. Сколько надо заплатить за 2,5 кг картошки? Сколько картошки можно купить на 27 руб?
3) Через кран поступает в минуту 6 л воды. Сколько воды поступит через кран за 2,5 мин? За сколько времени через кран поступит 27 л воды?
4) Минутная стрелка поворачивается за 1 мин на угол 6°. На какой угол повернется она за 2,5 мин? За сколько времени повернется минутная стрелка на угол 27°?
На чертежах представлены графики( графики построенные двумя учениками). Определите по ним коэффициенты пропорциональности и их формулы. Как зависит расположение графика функции от коэффициента пропорциональности? Теперь полученные знания применим на уроке физики.

Работа класса с учителем физики.
4. вольт-амперная характеристика проводника.
a) Опыт выясняющий зависимость силы тока от напряжения при постоянном сопротивлении: I~U
U I U
2U 2I
3U 3I

b) Опыт выясняющий зависимость силы тока от сопротивления при постоянном напряжении: I~1/R I
R I
2R I/2
3R I/3

5. Закон Ома. I~U; I~1/R I=U/R.
Сила тока в участке цепи прямо пропорционально напряжению на этом участке и обратно пропорциональна его сопротивлению.

5. короткое замыкание — соединение 2 точек электрической цепи, находящимся под напряжением, коротким проводником, обладающим очень малым сопротивлением.
6. решение задач . на рисунке изображены графики 1,2 зависимости I от U для 2 проводников. Какой из этих проводников обладает большим сопротивлением?
I,А

U,В
7. домашнее задание 12 ?45,47,50.
8. закрепление 1. как изменится сила тока на участке цепи, если при неизменном сопротивлении увеличить напряжение на его концах?
2. как изменится сила тока на участке цепи, если при неизменном напряжении увеличить сопротивление участка цепи?
3. по какой формуле находится напряжение, если известны сила тока и сопротивление данного участка.
4. что называют коротким замыканием? Почему при этом увеличивается сила тока?

movie 07.06.2010 19:42 Ответить

Электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление — это физическая величина, характеризующая противодействие проводника или электрической цепи электрическому току.

Электрическое сопротивление определяется как коэффициент пропорциональности $R$ между напряжением $U$ и силой постоянного тока $I$ в законе Ома для участка цепи.

Единица сопротивления называется омом (Ом) в честь немецкого ученого Г. Ома, который ввел это понятие в физику. Один ом ($1$ Ом) — это сопротивление такого проводника, в котором при напряжении $1$ В сила тока равна $1$ А.

Удельное сопротивление

Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от материла проводника, его длины $l$ и поперечного сечения $S$ и может быть определено по формуле:

где $ρ$ — удельное сопротивление вещества, из которого изготовлен проводник.

Удельное сопротивление вещества — это физическая величина, показывающая, каким сопротивлением обладает изготовленный из этого вещества проводник единичной длины и единичной площади поперечного сечения.

Из формулы $R=ρ/$ следует, что

Величина, обратная $ρ$, называется удельной проводимостью $σ$:

Так как в СИ единицей сопротивления является $1$ Ом, единицей площади $1м^2$, а единицей длины $1$ м, то единицей удельного сопротивления в СИ будет $1$ Ом$·м^2$/м, или $1$ Ом$·$м. Единица удельной проводимости в СИ — $Ом^м^$.

На практике площадь сечения тонких проводов часто выражают в квадратных миллиметрах (м$м^2$). В этом случае более удобной единицей удельного сопротивления является Ом$·$м$м^2$/м. Так как $1 мм^2 = 0.000001 м^2$, то $1$ Ом$·$м $м^2$/м$ = 10^$ Ом$·$м. Металлы обладают очень малым удельным сопротивлением — порядка ($1 ·10^$) Ом$·$м$м^2$/м, диэлектрики — в $10^-10^$ раз большим.

Зависимость силы тока от сопротивления участка цепи и напряжения на его концах

Установить зависимость силы тока в проводнике от напряжения на его концах можно экспериментально. Меняя значение поданного на концы проводника тока, убедимся в том, что сила тока растет вместе с напряжением. Интересно, что такая зависимость для различных сопротивлений сохраняет свой вид. Это прямая пропорциональность.

Причем угол наклона графика для большего сопротивления меньше.

Аналогично, проводя измерение силы тока при изменении сопротивления проводника, поддержим постоянное напряжение на его концах. Опытным путем установим, что такая зависимость является обратной пропорциональной.

Объединив эти зависимости в одну, получим один из основных законов, описывающих явление постоянного электрического тока.

Закон Ома

Сила тока, напряжение и сопротивление связаны между собой соотношением, которое называется законом Ома:

Для упрощенного понимания закона Ома можно использовать данный треугольник. Чтобы вспомнить формулу для нахождения той или иной величины, нужно ее закрыть рукой. Если оставшиеся открытыми величины стоят бок о бок, то они перемножаются друг с другом (U=IR). А если одна величина стоит выше другой, то в таком случае мы делим их друг на друга (I=U/R или R=U/I)

Данный закон справедлив для участка цепи, на который не действуют сторонние силы.

Разберем задачу из контрольно-измерительных материалов ЕГЭ (номер 12).

Ниже на рисунке приведена схема электрической цепи, в которой провода можно считать идеальными. Определите сопротивление резистора, если показания амперметра 0,2 А, а вольтметра — 8 В.

Решение:
Вольтметр подключен параллельно резистору. Следовательно, он показывает напряжение на резисторе U.

Амперметр подключен последовательно. Следовательно, он показывает силу тока I на всей цепи.

Чтобы найти сопротивление на резисторе, воспользуемся законом Ома:
I=(frac), где R — сопротивление резистора.

Выразим R и подставим значения:
R=(frac)
R=(frac)=40 (Ом)

Ответ: 40

В общем случае, когда заряд меняется со временем, рассматривают силу тока как производную заряда от времени. По сути сила тока показывает скорость изменения заряда со временем.

Учитывая понятие производной функции, получим геометрический смысл зависимости силы тока от времени. Заряд, прошедший через поперечное сечение проводника за данное время, можно определить как площадь фигуры, ограниченной графиком зависимости скорости от времени.

Электрический ток так и остался бы весьма интересным физическим явлением, занимающим умы физиков, если бы не нашлось ему столь широкого применения, поскольку ток может выполнить работу.

Введение в электронику

Электричество “на пальцах”

Ниже вы найдете видеоролик с подробным объяснением, что есть напряжение, а что есть ток, здесь расскажу вкратце и “на пальцах”. Также очень рекомендую изучить онлайн-учебник по электронике на сайте madelectronics. Напряжение измеряется в Вольтах (В, V), а ток – в Амперах (A), по фамилиям учёных, открывших соответствующие величины. Напряжение и ток связаны через сопротивление, открытое Омом (Ом, Ohm). Подробнее об этом ниже. Электрический ток по своей сути это поток заряженных частиц, которые движутся от одного полюса к другому (принято от плюса к минусу). У полюсов есть так называемый потенциал, который можно сравнить с высотой уровня воды, т.е. её потенциальной энергией: например у нас есть два сосуда с водой, расположенных на разной высоте. Между сосудами проложена труба (пока что считаем трубу закрытой). Так вот, напряжение – это разность потенциалов, то есть насколько потенциально быстро вода может течь по трубе: если сосуды расположены на одном уровне – разность потенциалов будет 0, то есть вода не потечёт (напряжение 0 Вольт). Если один сосуд расположен на 0, а второй на высоте 5 – между ними будет напряжение, т.е. разность потенциалов 5-0, или 5 Вольт. Напряжение обозначается буквой V. Напряжение – статическая величина, потенциал, показывает потенциальную “скорость” воды в трубе, ведь чем больше перепад, тем больше скорость. А вот теперь мы открываем трубу и вода начинает течь. Электрический ток – это сам процесс движения электронов (частиц воды), и физически он определяется как количество электронов за единицу времени, то есть в нашей аналогии это объем воды, протекающий через трубу за единицу времени. Ток, он же сила тока, обозначается буквой I. И вот тут в дело вступает сама труба. Труба в нашей аналогии является проводником, то есть проводом между плюсом и минусом. Чем больше диаметр трубы, тем больше воды за единицу времени через неё сможет течь, верно? Вот и с проводом такая же история. Всего у нас есть три характеристики:

  • Диаметр, или площадь поперечного сечения трубы: чем он больше – тем легче воде будет течь. Сечение обозначается буквой S.
  • Чем больше длина трубы, тем труднее будет воде через неё течь: попробуйте прокачать воду через метровый шланг, и через 100 метровый. Длина проводника обозначается l.
  • Труба имеет шершавость, так называемое удельное сопротивление. Чем оно выше, тем труднее воде будет течь, то есть тем больше скорости она потеряет. Удельное сопротивление обозначается буквой r.

Все три характеристики дают трубе сопротивление, которое обозначается буквой R и считается по формуле R = r * l / S. Сопротивление измеряется в Омах и связывает напряжение и ток: зная напряжение (высоту сосуда) и сопротивление проводника (характеристики трубы) мы можем прикинуть ток, который будет в ней течь. Эта связь называется законом Ома и описывается очень простой формулой: I = V / R. О применении формулы к электронике мы поговорим чуть ниже. Поток воды и электронов можно охарактеризовать такой величиной, как мощность. Мощность мы будем измерять в Ваттах (Вт, W), обозначать буквой P (Power) и считать по формуле P = V * I. Подставляя сюда закон Ома можно перейти от одной величины к другой и получить целый набор формул:

Измерения при помощи мультиметра

Мультиметр – прибор для измерения “всего” – основных параметров электрических цепей и компонентов. У меня кстати есть подробный видос на эту тему:

Питание

blank

Всем модулям, датчикам, дисплеям и вообще любым подключаемым железкам, помимо логики (управляющих сигналов), нужно питание. Питание всегда идёт по двум проводам, называют их плюс и минус, но в электронике обычно используется однополярное питание и провода называются общий (“земля”, GND, 0 Вольт) и питание (“плюс”, VCC, величина может быть разной). Именно разность потенциалов даёт напряжение. Земля GND является не только нулём для питания: в паре с землёй также работают все логические провода. Сигнал не ходит по одному проводу, для подключения всегда нужно минимум два, одним из которых является GND! Именно поэтому земля у всех подключенных устройств обычно одна, все провода соединяются в один общий GND, который отвечает и за питание, и за работу остальных проводов. Вот пример проекта с метеостанцией, где куча модулей, но земля и питание у всех соединяются в одну точку:

Цвет провода

Цвет проводов питания играет важную роль, а именно – показывает, какой это провод, плюс или минус, gnd или vcc. Если вы берете блок питания и отрезаете у него штекер, то скорее всего увидите перечисленные ниже пары цветов. В любом случае, рекомендуется взять мультиметр и убедиться в расположении проводов перед тем, как подключать их к плате или другому устройству:

  • Белый и черный – черный GND
  • Красный и черный – черный GND
  • Красный и белый – белый GND

Закон Ома

Закон Ома является одним из самых важных законов, на его базе в мире электричества завязано очень многое. Этот закон относится к тем, которые нужно именно понять: запомнить формулу – не проблема, её знают все, а вот понять и применять – к сожалению умею немногие. I=V/R Сила тока равна напряжению, деленному на сопротивление. Следовательно чем выше сопротивление, тем меньше ток. Когда и где это играет роль?

Сечение провода

Ни для кого не секрет, что провода бывают разной толщины, т.е. площади поперечного сечения. Чем больше сечение провода, тем больший ток он может через себя пропустить без потерь (т.н. просадок) напряжения, это вытекает из формулы расчета сопротивления проводника: R=r*l/S, где r – удельное сопротивление материала, l – его длина, S – площадь сечения. Чем больше площадь S, тем меньше будет сопротивление, и тем больший ток сможет пройти через проводник.

Длина провода

Также из формулы видно, что на сопротивление проводника влияет ещё материал и длина проводника. Откуда берутся потери? Чем больше сопротивление провода, тем большее напряжение на нём упадет при большом токе. Простой пример: подключаем 12 вольтовую светодиодную ленту. Заранее известно, что лента потребляет 4 ампера при 12 вольтах, и в расчетах можно грубо заменить ленту сопротивлением 12/4=3 ома. Если подать на ленту 12 вольт, она скушает 4 Ампера, но это идеальный случай. Подключать мы будем проводами, провода тоже имеют сопротивление (внутреннее сопротивление источника питания не учитываем). Допустим мы взяли длинные тонкие провода, общее сопротивление которых равно 0.5 Ом. Общее сопротивление цепи составит 3.5 Ома, в цепи потечёт ток 12/3.5=3.4 Ампера. На обоих потребителях “упадет” напряжение, пропорциональное их сопротивлению: на проводе 1.72 вольт, а на ленте – 10.28. что это значит? Лента светит не в полную яркость, потому что питается не 12 вольтами. Если мы укоротим провода подключения ленты, или заменим их на более толстые провода, общее сопротивление которых будет допустим 0.05 Ом, ленте достанется напряжение уже 11.8 вольт, что уже близко к 12. Мораль этого мысленного эксперимента очень проста: чем больший ток нужен нагрузке, тем толще нужно брать провод. Как прикинуть сечение? Можно пользоваться таблицами и калькуляторами, которых полно в интернете, а также в контрольных целях измерять напряжение, которое пришло на нагрузку. Если оно сильно меньше нужного, то нужно менять провод, проверять подключение или источник питания, об этом поговорим далее. Что касается электроники, то всякие датчики, модули и прочие железки обычно потребляют очень малые токи, и для их соединения можно использовать очень тонкие монтажные провода. Исключением являются GPS/GPRS антенны и прочие модули связи, светодиодные матрицы, сервоприводы. Моторы, светодиодные сборки (ленты, матрицы), нагревательные элементы и прочие мощные нагрузки нужно подключать толстыми проводами, но опять же по месту: ток потребления той или иной железки всегда написан в спецификации. Что будет, если подключить мощную нагрузку тонким длинным проводом? Такой провод будет иметь большое сопротивление, при протекании большого тока на этом проводе упадёт напряжение, которое автоматически преобразуется в тепло. Результат: провод нагреется, а нагрузка получит меньшее напряжение, чем выходит с источника питания, т.е. напряжение “потеряется” в длинном тонком проводе. Также у меня есть отличный ролик, в котором наглядно показана работа закона Ома и другие основы:

Точка подключения

На сопротивление цепи влияет не только длина, материал и сечение провода, гораздо большее влияние могут оказывать места соединения проводников: они тоже имеют сопротивление, называемое “сопротивление контакта”. Чем выше сопротивление контакта, тем большее на нём упадет напряжение, и тем меньше напряжения достанется потребителю. Упавшее на проводе или контакте напряжение приводит к течению тока, и этот ток превращается в тепло. Другими словами, если подключить мощную нагрузку тонкими проводами, то помимо работы нагрузки в неполную силу вы получите нагревшиеся провода. Если подключить толстыми проводами, но плохо соединить проводники – нагреваться будет место контакта. Именно поэтому у мощных потребителей предусмотрены массивные клеммы, винтовые терминалы и зажимы. Также для большинства разъемов есть нормы по току, который они могут пропустить без вреда для себя и без сильного падения напряжения. Выбирайте разъемы согласно току, который они должны пропускать. Для логики подойдут обычные дюпоны (джамперы), для нагрузок меньше Ампера – разъемы jst (такие как на сервоприводах), для больших токов – винтовые клеммы, разъемы типа banana, xt60 или другие мощные.

Источник питания

Самый частый вопрос возникает с источниками питания, звучит этот вопрос примерно так: “не сгорит ли Ардуина от блока питания на 5V 5A? Ведь ей нужно 20 мА”. Уважаемый, usb 2.0, которым Ардуина подключается к компьютеру, может выдавать ток до 500 мА, никто ведь ещё не сгорел от этого! Суть в том, что нагрузка возьмёт столько тока, сколько ей нужно, и у источника питания останется запас по току. Это значит, что если взять блок питания на 5V и 50А и подключить к нему Ардуино – она возьмёт свои 20 мА и оставит 49.98А для других потребителей! Если же попытаться взять с источника питания больший ток, чем он может отдать, то может произойти следующее:

  • Напряжение сильно просядет
  • Источник питания нагреется
  • Источник питания уйдет “в защиту”
  • Источник питания выйдет из строя
  • В случае с аккумулятором, выход из строя может сопровождаться светошумовыми эффектами =)

Эти варианты могут проявляться в разных сочетаниях, могут даже все вместе. Просадка напряжения является расчетной величиной и зависит от внутреннего сопротивления источника питания (читай закон Ома для полной цепи). На практике нужно прикидывать, сколько ампер будет потреблять схема, и подбирать источник питания с запасом по току, но никак не меньше расчетного! Запомните, нагрузка возьмёт столько ампер, сколько ей нужно в зависимости от её “эквивалентного сопротивления” и напряжения питания. Многие спрашивают в стиле “что будет, если я подам 20 ампер на Ардуино”. Используя источник напряжения, нельзя подать амперы, можно подать только вольты, нагрузка сама возьмёт себе свои амперы. А те амперы, которые указаны на источнике питания, являются максимальным током, который может дать источник питания без вреда для себя. Если речь идёт об источнике тока (светодиодный драйвер), то логика здесь такая: драйвер сам выставляет такое напряжение, при котором в цепи установится указанный на нем ток. Если подключить Ардуино к источнику тока и поставить выше 25 мА, то источник тока повысит напряжение выше 5.5 Вольт и просто выжгет плату, всё верно. Но вряд-ли вам под руку попадется источник тока, которым вы захотите питать свою электронику, ведь все “обычные” блоки питания являются источниками напряжения. Источниками тока в быту являются зарядные устройства для аккумуляторов и светодиодные драйверы.

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий