Ток — это направленный поток заряженных частиц — электронов — по проводнику.
Мы с детства знаем, что не надо трогать розетки, потому что в них электричество. Так вот теперь ты знаешь: куча маленьких частиц, которые несутся по проводам.
Напряжение — это сила, которую создает источник питания в электрической схеме. Оно создает движение зарядов в проводнике. Его измеряют в Вольтах.
Сопротивление — это своего рода «препятствие» для зарядов. Когда поток заряженных частиц проходит через проводник, это препятствие затрудняет его движение. Его измеряют в Омах.
Сила тока — это количество заряженных частиц, проносящихся через проводник за определенное время. Ее измеряют в Амперах.
Формулировка и объяснение закона Ома
Немец Георг Ом изучал фичи электричества в 19 веке, и стал таким великим физиком, что в честь него теперь законы называют. И не зря. Это мы уже хорошо знакомы с ним и его возможностями, потому что он есть в каждом доме. А тогда люди только начали изучать движение частиц, и не все было так очевидно. Поэтому наш ученый долго следил за потоком частиц и вывел закономерности.
В такой форме закон Ома дошел до наших дней: сила тока через участок цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.
Это значит, что здесь линейная зависимость: при увеличении напряжения, увеличится сила потока и наоборот.
Формула: I = U / R,
где I — сила тока, U — напряжение, R — сопротивление.
Это правило может применяться далеко не для всех условий. Оно характерно для постоянного тока, для переменного используются другие понятия. Но в ОГЭ и ЕГЭ тебе точно встретятся задачи, для решения которых придется вспомнить об этой зависимости.
Закон Ома
Закон Ома — это основной, главный и важный закон теории электрических цепей, который исследует взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. В нем говорится, что при постоянной температуре ток, протекающий по цепи, прямо пропорционален напряжению или разности потенциалов в этой цепи. В алгебраической форме, V∝ I V = IR Где I — ток, протекающий по цепи, измеряется в амперах. V — напряжение, приложенное к цепи, измеряется в вольтах. А R — это константа пропорциональности, называемая сопротивлением, которое измеряется в омах. Это сопротивление также указывается в килоомах, мегаомах и т. д. Следовательно, закон Ома гласит, что ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению в этой цепи. Закон Ома можно применить как к отдельным частям, так и ко всей цепи. Математически ток, I = V/R Напряжение, V = IR Сопротивление, R = V/I
КАК ПОНЯТЬ ЗАКОН ОМА | ОБЪЯСНЯЮ НА ПАЛЬЦАХ
Ниже показано, что отношение между различными величинами в законе Ома называется треугольником закона Ома. Это простой метод описания, а также простой для запоминания соотношения между напряжением, током и сопротивлением.
На приведенном выше рисунке показан треугольник закона Ома, где отдельные термины, такие как напряжение, ток и сопротивление, и их формулы представлены из основного уравнения закона Ома. На приведенном выше рисунке один параметр вычисляется из оставшихся двух параметров. Таким образом, можно сделать вывод, что при высоком сопротивлении ток будет низким, а ток будет высоким, когда сопротивление низкое, при любом приложенном напряжении.
Электрическая мощность
Электрическая мощность дает скорость, с которой энергия передается по цепи. Электрическая мощность измеряется в ваттах. Эта мощность потребляется, когда напряжение вызывает протекание тока в цепи. Следовательно, электрическая мощность есть произведение напряжения и силы тока. Математически P = VI По закону Ома V = IR и I = V/R Подставляя в уравнение мощности P = I 2 R P = V 2 / R Следовательно, электрическая мощность, P =VI или I 2 R или V 2 / R Это три основные формулы для нахождения электрической мощности в цепи. Таким образом, мощность может быть рассчитана, когда известна любая из двух величин.
Подобно треугольнику закона Ома, на рисунке ниже показан треугольник мощности, чтобы показать соотношение между мощностью, напряжением и током. Уравнения отдельных параметров легко запоминаются по этому рисунку. Округлите и скройте параметр, который необходимо измерить, а положение оставшихся двух параметров дает уравнение для поиска скрытого или округленного параметра, как показано на рисунке ниже.
Сколько всего законов Ома в физике?
Существует два закона Ома:
- Закон Ома для участка цепи.
- Закон Ома для полной (замкнутой) цепи.
Первый связывает сопротивление участка, силу тока в нём и разность потенциалов (напряжение) на его концах.
Кроме того, в нем отражено наличие в цепи источника тока.
Второй учитывает и потребителей электрического тока (электрические лампы, обогреватели, телевизоры и так далее), и его источники (генераторы, батарейки, аккумуляторы).
Дело в том, что любой источник тока обладает внутренним сопротивление, которое влияет на силу тока.
Именно это и учитывается в законе Ома для полной (замкнутой) цепи.
При каких условиях выполняется закон Ома?
Согласно закону Ома, существует линейная зависимость между силой тока в участке цепи и напряжением на его концах. Он отлично выполняется для металлических проводников при любых напряжениях, а вот для тока в вакууме, газе, растворах или расплавах электролитов, полупроводниках линейная зависимость нарушается, и применять закон Ома в том виде, в котором его изучают в школьном курсе, уже нельзя.
Трудно переоценить значимость этого закона. Он позволил производить расчет электрических цепей, без которых практически невозможно представить жизнь современного человека, так как они лежат в основе любого электроприбора, начиная от обычной лампы накаливания и заканчивая самыми современными компьютерами.
Закон Ома
Зако́н О́ма, линейная зависимость между силой тока I I I на участке электрической цепи и электрическим напряжением U U U на этом же участке: U = R I U = RI U = R I . Коэффициент пропорциональности R R R – электрическое (омическое) сопротивление – зависит от материала, температуры и геометрических размеров проводника. Закон Ома установлен Г. C. Омом в 1826 г.
Если постоянный электрический ток течёт между точками 1 и 2, то U = ϕ 1 − ϕ 2 + ε 12 U= phi_1 — phi_2 + varepsilon_ U = ϕ 1 − ϕ 2 + ε 12 , где ϕ 1 phi_1 ϕ 1 и ϕ 2 phi _2 ϕ 2 – электрические потенциалы в точках 1 и 2; ε 12 varepsilon_ ε 12 – электродвижущая сила (эдс) на участке 1–2. Для замкнутой электрической цепи ϕ 1 = ϕ 2 phi_1=phi_2 ϕ 1 = ϕ 2 и закон Ома принимает вид: ε = R I varepsilon=RI ε = R I , где ε varepsilon ε – сумма всех эдс, действующих в замкнутой цепи, R R R – полное сопротивление замкнутой цепи, включающее внутреннее сопротивление источников эдс. Закон Ома обобщается на случай разветвлённых электрических цепей .
Закон Ома может быть записан также в дифференциальной форме для произвольной точки проводника: j = 1 ρ ( E + E ∗ ) = σ ( E + E ∗ ) , boldsymbol j=frac(boldsymbol E+ boldsymbol E^*)=sigma(boldsymbol E+ boldsymbol E^*), j = ρ 1 ( E + E ∗ ) = σ ( E + E ∗ ) , где j j j – плотность электрического тока, E E E – напряжённость электростатического поля, E E E * – напряжённость поля сторонних сил (численно равна сторонней силе, действующей на единичный положительный заряд ), ρ rho ρ – удельное электрическое сопротивление, σ σ σ – удельная электрическая проводимость . Если сторонние силы отсутствуют, то j j j и E E E совпадают по направлению. В анизотропных средах (монокристаллические проводники , проводники в магнитном поле ) направления векторов j j j и E E E в общем случае не совпадают, а σ σ σ является тензором. Для цилиндрических проводников R R R и σ σ σ связаны соотношением R = l / ( S σ ) R = l/(Sσ) R = l / ( S σ ) , где l l l – длина проводника, S S S – площадь его поперечного сечения.
Закон Ома обобщается также на случай переменных синусоидальных квазистационарных токов . Если в участке электрической цепи протекает синусоидальный ток с круговой частотой ω ω ω , а сама цепь содержит ёмкость C C C и индуктивность L L L , то закон Ома записывается в комплексном виде: U ^ = Z ^ I ^ , hat U = hat Z hat I, U ^ = Z ^ I ^ , где U ^ hat U U ^ , I ^ hat I I ^ – комплексные напряжение и ток, зависящие от времени t t t по закону U ^ = U e i ω t hat U=Ue^ U ^ = U e iω t , I ^ = I e i ω t hat I=Ie^ I ^ = I e iω t ; Z ^ = R + i ( ω L − 1 / ( ω C ) ) hat Z=R + i(omega L — 1/(omega C)) Z ^ = R + i ( ω L − 1/ ( ω C )) – комплексное сопротивление, или импеданс . Мнимая часть импеданса называется реактивным сопротивлением, а действительная – активным сопротивлением. При этом истинные значения тока и напряжения равны действительным частям от их комплексных значений: I = Re I ^ I=text hat I I = Re I ^ ; U = Re U ^ U=text hat U U = Re U ^ .
Закон Ома с хорошей точностью выполняется для многих сред, например металлов и их сплавов . В общем случае зависимость тока от напряжения может быть нелинейной (например, в газовом разряде). Отклонения от закона Ома могут происходить также при увеличении частоты переменного тока, когда ток перестаёт быть квазистационарным.
Опубликовано 5 сентября 2023 г. в 12:57 (GMT+3). Последнее обновление 5 сентября 2023 г. в 12:57 (GMT+3). Связаться с редакцией
Электрическое сопротивление. Закон Ома для участка электрической цепи
Для изучения зависимости электрических параметров соберём электрическую цепь, изображённую на схеме (рис.(1)).
Состав схемы (по часовой стрелке по ходу электрического тока):
- источник электрического напряжения (тока);
- электрический ключ для размыкания;
- последовательно подключённый амперметр для измерения силы тока в цепи;
- сопротивление (спираль никелиновой проволоки);
- 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.
Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника: (Ibacksim U).
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.
Сопротивление проводника равно (1) Ом , если в проводнике при напряжении на концах (1) вольт протекает сила тока (1) ампер :
Примеры применения закона Ома
Рассмотрим пример использования закона Ома для расчёта электрической цепи постоянного тока. Допустим, цепь состоит из источника с ЭДС E = 50 В с внутренним сопротивлением r = 5 Ом, к которому последовательно подключены резисторы с сопротивлениями R1 = 10 Ом, R2 = 20 Ом и R3 = 15 Ом. Требуется найти силу тока в цепи.
Согласно закону Ома, сила тока рассчитывается по формуле:
Полное сопротивление цепи равно:
R = r + R1 + R2 + R3 = 5 + 10 + 20 + 15 = 50 Ом.
Подставляя числовые значения в формулу закона Ома, получаем:
I = 50 В / 50 Ом = 1 А.
Таким образом, сила тока в данной цепи постоянного тока равна 1 А.
Рассмотрим ещё один пример, где резисторы соединены параллельно. Пусть цепь состоит из источника напряжением U = 100 В и двух параллельно соединённых резисторов с сопротивлениями R1 = 10 Ом и R2 = 20 Ом.
Полное сопротивление при параллельном соединении вычисляется по формуле:
R = (R1 * R2) / (R1 + R2) = (10 * 20) / (10 + 20) = 6,67 Ом.
По закону Ома сила тока в цепи:
I = U / R = 100 В / 6,67 Ом = 15 А.
Практическое применение закона Ома
Важнейшие практические применения закона Ома:
- Измерение сопротивления проводников. По закону Ома, зная напряжение на участке цепи и силу тока в нем, можно рассчитать сопротивление: R = U / I. Этот метод используется в омметре для измерения сопротивлений.
- Расчет электрических цепей. Закон Ома позволяет рассчитать ток в цепи, напряжение на отдельных участках, суммарное сопротивление и другие параметры, зная некоторые исходные данные. Это широко применяется при проектировании электрических схем.
- Экспериментальная проверка закона Ома. Измеряя напряжение на резисторе и ток через него при разных условиях, можно опытным путём подтвердить прямую пропорциональную зависимость между этими величинами. Такие опыты демонстрируют справедливость закона Ома.
Таким образом, закон Ома широко используется на практике при работе с электрическими цепями, приборами, устройствами. Он позволяет производить расчёты, измерения и экспериментальную проверку зависимостей между параметрами цепи.
Применение
Закон Ома — это фундаментальный принцип, который находит применение в различных областях электротехники и физики. Он служит основой для анализа и проектирования электрических цепей, например, в системах распределения электроэнергии, электронных устройствах и приборах. Применяя закон Ома, инженеры могут определить силу тока, проходящего через различные компоненты, рассчитать напряжение, необходимое для получения определенного тока, или определить сопротивление, необходимое для желаемого поведения электрической цепи.
Закон Ома особенно полезен при проектировании и анализе последовательных и параллельных цепей. В последовательных цепях, где компоненты соединены между собой, общее сопротивление может быть рассчитано путем суммирования отдельных сопротивлений. Применив закон Ома к общему сопротивлению, можно определить общий ток, протекающий через цепь. В параллельных цепях, где компоненты соединены через общие точки, напряжение на каждом компоненте одинаково, что позволяет рассчитать общий ток, протекающий через цепь, используя закон Ома.
Ограничения
Хотя закон Ома является ценным инструментом для понимания поведения электрических цепей, он имеет ряд ограничений. Он предполагает, что анализируемый проводник или элемент цепи подчиняется закону Ома, т.е. его сопротивление остается постоянным независимо от приложенного напряжения или тока. Однако некоторые материалы и устройства демонстрируют нелинейное поведение, например полупроводники и диоды, которые не подчиняются закону Ома. В этих случаях требуются более сложные математические модели и методы анализа цепей.
Закон Ома — это фундаментальный принцип электротехники и физики, который обеспечивает количественную зависимость между током, напряжением и сопротивлением в электрических цепях. Благодаря своей простоте и применимости он стал краеугольным камнем электротехники, позволяя инженерам и физикам анализировать, проектировать и понимать поведение различных электрических систем. Несмотря на свои недостатки, закон Ома остается фундаментальной концепцией, которая продолжает формировать область электротехники и способствует технологическому прогрессу во многих отраслях промышленности.
