Закон Ома для участка цепи: формула. Зависимость силы тока от напряжения. Какая формула выражает закон ома для участка цепи

Камешки в трубах — это понятно, но сила, с которой вода поступает в трубы, зависит не только от них, но и от насосов, которые качают воду. Чем больше насосов, тем выше скорость потока. В электрической цепи источник питания выступает в роли насоса.

Как понять Закон Ома: простое объяснение для чайников с формулой и понятиями

Все знают классическую интерпретацию закона Ома из школьной физики:.

Ток в проводнике прямо пропорционален напряжению на обоих концах проводника и обратно пропорционален сопротивлению.

Это означает, что если к проводнику с сопротивлением R = 1 Ом приложить напряжение U = 1 вольт, то величина тока I в проводнике составит 1/1 = 1 ампер.

Это позволяет провести еще две полезные аналогии.

Если по проводнику с сопротивлением 1 Ом течет ток силой 1 ампер, то на каждом конце проводника возникает напряжение 1 вольт (падение напряжения).

Если на конце проводника имеется напряжение в 1 вольт и по нему течет ток в 1 ампер, сопротивление проводника равно 1 Ом.

Приведенное выше уравнение в такой форме можно применить к переменному току только в том случае, если цепь состоит только из одного активного сопротивления R. Кроме того, следует помнить, что закон Ома применим только к линейным элементам цепи.

Как звучит закон Ома для участка цепи

Говоря формальным языком, закон Ома можно сформулировать следующим образом

Ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению. Это утверждение относится к автоматическим выключателям с определенным постоянным сопротивлением.

Этот тип зависимости показан на диаграмме. I — ток, U — напряжение и R — сопротивление.

Нелегко представить, что означает это представление. В конце концов, электричество невидимо. Мы знаем лишь приблизительно, что это такое. Давайте попробуем объяснить смысл закона по аналогии.

Закон Ома для замкнутой цепи

Когда внешняя цепь из резистора R подключена к источнику питания, в цепи будет ток, учитывающий внутреннее сопротивление источника питания.

-Мощность (EPS) — это значение напряжения источника питания, не зависящее от внешней цепи (без нагрузки). Она характеризуется потенциальной энергией источника. R — внутреннее сопротивление источника питания. В случае ЭДС внешнее сопротивление R и внутреннее сопротивление r соединены последовательно, поэтому величина тока в цепи определяется суммой величины ЭДС и сопротивления I = /(R + r).

Напряжение на зажимах внешней цепи определяется из вышеупомянутой зависимости между током и сопротивлением R: U = IR. Напряжение U при подключенной нагрузке R всегда меньше HED из-за произведения I*r, называемого падением напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания. Это явление часто возникает при наблюдении за работой частично разряженной батареи или аккумулятора.

По мере разряда батареи ее внутреннее сопротивление увеличивается, поэтому падение напряжения внутри источника увеличивается, а внешнее напряжение U = —I*r уменьшается. Чем меньше ток и чем меньше внутреннее сопротивление источника, тем ближе его значение к напряжению на клеммах HED и U. Если ток в цепи равен нулю, = U. Если цепь разомкнута, то АДР источника равно напряжению на его зажимах.

Если внутренним сопротивлением источника можно пренебречь (r ≈ 0), то напряжение на обоих концах провода источника равно HED (≈ U), независимо от сопротивления внешней цепи R. Такой источник питания называется Источник напряжения.

Поскольку тепловые или химические эффекты зависят от электрических параметров, можно рассчитать применение метода Ома. В частности, знание этих функций позволяет избежать вредного воздействия очень высоких токов.

Закон Ома для участка цепи: формула. Зависимость силы тока от напряжения

Закон Ома в отношении участков цепи является одним из фундаментальных принципов электричества. Этот закон устанавливает взаимосвязь между потоком, напряжением и сопротивлением.

Закон Ома для участков цепи выглядит следующим образом

Сила тока в проводнике (участке цепи) прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению трубопровода (участка цепи).

Х.С. Ом, 1826 год.

Исходя из этого определения, Георг Ом вывел следующие типы

Типы методов Ома также известны под именем типов URI. Название происходит от последовательности букв в типе.

• R — сопротивление проводника (Ом);
• I — сила тока в проводнике (Ампер);
• U — напряжение приложенное к проводнику (Вольт).

Электрическая цепь и закон Ома

Три величины — напряжение, электричество и сопротивление — могут быть четко выражены в электрической цепи. В простейшем случае он состоит из постоянного напряжения и резисторной причины. Резистор подключен к источнику напряжения, и для простоты предположим, что сопротивление кабеля равно 0 Ом.

Рисунок 1. Электрическая схема

Направление электричества.

В электричестве ток течет от положительных значений к исключительным (см. рис. 1). Другими словами, как только возникает замкнутая цепь, ток начинает течь от положительного полюса к отрицательному полюсу источника напряжения. Если два полюса источника напряжения соединены друг с другом резистором, то речь идет о замкнутой цепи.

Как вы считаете ток и напряжение?

Существует два способа определения тока и напряжения. С одной стороны, их можно определить с помощью метода Ома для части цепи. С другой стороны, эти две переменные также могут быть определены путем измерения.

Однако для численного определения тока или напряжения должны быть известны две другие величины (напряжение и сопротивление или поток и сопротивление).

С другой стороны, метод метрологии может работать с любой электрической цепью. Для этого в электрическую цепь необходимо включить амперметр и вольтметр. Они используются для измерения тока и напряжения. Однако здесь также действует закон Ома, поскольку сопротивление нельзя измерить сразу, но можно рассчитать при измерении мощности и напряжения.

Поэтому ток измеряется таким образом с помощью амперметра, постоянно подключенного к потребителям (резисторам, лампам и т.д.). На принципиальной схеме он изображен в виде круга (см. рис. 1). Амперметры имеют очень низкое внутреннее сопротивление, чтобы не влиять на ток, который должен протекать через потребителя. В идеале внутреннее сопротивление амперметра считается равным 0 Ом, поэтому его легко опустить.

Напряжение измеряется вольтметром, который измеряет разность потенциалов между двумя точками соединения. На схеме подключения это обозначено буквой V в круге (см. рис. 1). В отличие от амперметра, вольтметр устанавливается на нагрузке, для которой измеряется напряжение. Добавление громкости вместе с потребителем (например, резистором) создает еще один «обход» по току, что резко меняет параметры цепи. Чтобы избежать этих нежелательных последствий, следует использовать вольтметр с максимально возможным сопротивлением.

Характеристики Trend Abel (VAC).

Характеристика вольт-ампер или UI резистора может быть записана путем подачи на резистор различных напряжений и последующего измерения тока. Обычно для применения резисторов достаточно измерительных точек, подключенных в начале системы координат. На практике, однако, для целей контроля проводится серия измерений с использованием трех точек измерения.

Эти точки измерения отмечаются и соединяются в системе координат. Напряжение отражается на оси абиссали, а ток — на линейной оси. Пример VAR показан на следующей диаграмме.

“Треугольник Ома”

Взаимосвязь между отдельными величинами из закона Ома может быть представлена так называемым «треугольником Ома».

В вершине треугольника находится напряжение U, в левой части — сопротивление R, а в правой — ток I.

Ом треугольник.

Если вы хотите найти недостающее количество, накройте его мысленно или пальцем и рассмотрите два других количества. Если два «незамкнутых» количества находятся рядом друг с другом, они перемножаются. Если же они пересекаются, то верхнее количество делится на нижнее.

Например, напряжение U «замкнуто» в вершине «омического треугольника». Две другие величины, т.е. сопротивление R и ток I, примыкают друг к другу. Поэтому, чтобы получить напряжение U, необходимо сопротивление R умножить на ток I. Это в точности соответствует уравнению закона Ома для некоторых электрических цепей.

Физическая величина, равная работе эффективного электрического поля по перемещению электрического заряда, называется напряжением. Он измеряется в вольтах. Вольт действует как напряжение, равное одному джоулю при перемещении нагрузки в 1 Кл.

Практическое применение

В большинстве случаев внутреннее сопротивление источника питания считается относительно небольшим по сравнению с внутренним сопротивлением электрической цепи. В этом случае закон Ома применим к замкнутым цепям, сокращенно I = U/R.

Чтобы лучше понять физические процессы, происходящие в электрических цепях, необходимо рассмотреть следующее

• В источнике тока наблюдаются процессы, которые приводят к тому, что на клеммах образуется разность потенциалов. При подключении к ним электрической цепи по ней идёт ток. Принято считать, что он проходит от положительного потенциала к отрицательному.
• Ток представляет собой упорядоченное движение электронов. В веществе находится огромное количество этих частиц, которые перемещаются с большой скоростью от отрицательного потенциала к положительному.
• Скорость движения электронов зависит от материала проводника, через который они проходят, от его сечения и длины. Если последняя в 2 раза будет увеличена, то это удвоит сопротивление.

Резисторы используются в электрических цепях, когда для работы устройства требуются строго определенные сопротивления. Проще говоря, прямое соединение клемм источника питания приводит к низкому сопротивлению и относительно высокому току. С одной стороны, высокий ток может расплавить кабели, а с другой — батарея разряжается быстрее.

На практике электроны не могут свободно перемещаться. При движении частицы должны преодолевать сопротивление и расходовать на это свою энергию. Размер резистора зависит от конкретного материала. В проводниках электроны перемещаются относительно легко. Ток не вытекает из изоляторов, пока не будет приложено достаточно высокое напряжение, чтобы вызвать пробой.

Полупроводники имеют более сложный процесс из-за их жесткой кристаллической структуры. Присутствие определенных типов примесей может вызвать электронную или дырочную проводимость. Ток может представлять собой движение электронов и дырок.

Более точная характеристика удельного сопротивления может быть получена из следующего уравнения

Удельное сопротивление может быть использовано для характеристики электрических свойств конкретного материала. Это значение представляет собой сопротивление участка провода из бетонного материала длиной 1 м и сечением 1 мм.

Сопротивление источника тока

Закон Ома для полной электрической цепи и уравнения для расчета ее параметров характеризуют не только ток, протекающий по цепи, но и то, что находится внутри источника питания. Закон Ома для части цепи не учитывает эту величину.

Батареи обеспечивают перемещение электронов от положительного электрода к отрицательному. По всей электрической цепи они постоянно движутся в противоположном направлении. Уменьшение их количества на отрицательном полюсе и избыток на положительном полюсе всегда компенсируется процессами, происходящими внутри устройства.

Это движение электронов также является током. Частицы должны преодолеть внутреннее сопротивление источника тока. Характер изменения зависит от конкретного материала, так как сопротивление может меняться с повышением температуры.

Известно, что цепи переменного тока имеют как активное, так и неактивное сопротивление. Первый из них соответствует тому, как этот размер был распознан во времена Джорджа Ома. Однако индуктивные и емкостные резисторы также препятствуют движению электронов. В этом случае закон Ома применим к переменному току.

Чтобы использовать этот закон в такой цепи, вместо омического сопротивления необходимо рассматривать полное сопротивление, учитывая совместное влияние активных и неактивных резистивных компонентов.

В схеме, изображенной на рисунке, импеданс обозначается Z. Омическое, индуктивное и емкостное сопротивления равны R, XL и XC соответственно. Закон Ома для цепей переменного тока учитывает все эти типы. Из формулы следует, что сложение резисторов происходит по правилу вектора.

Для определения всех сопротивлений используется прямоугольный треугольник: один катет представляет активное сопротивление, а другой — реактивное. Последняя равна разности между индуктивным и емкостным сопротивлениями. Это множество определяется теоремой Пифагора, которая гласит, что длина диагонали равна квадратному корню из суммы квадратов вертикальных линий.

Такой случай называется коротким замыканием — величина тока настолько велика, что может доминировать до бесконечности. В такой ситуации появляются искры, бури и неистовство, и все рушится.

Закон Ома для участка цепи и полной цепи: формулы и определения

Немецкий физик ГеоргСимон Ом (1787-1854) открыл фундаментальный закон электрических цепей.

Определение: ток I в цепи прямо пропорционален напряжению U на каждом конце цепи и обратно пропорционален сопротивлению R.

1. I — сила тока (в системе СИ измеряется — Ампер)
   • Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
   • Формула: I=\frac
   • U — напряжение (в системе СИ измеряется — Вольт)
     • Падение напряжения на участке проводника равно произведению силы тока в проводнике на сопротивление этого участка.
     • Формула: U=IR
   • R — электрическое сопротивление (в системе СИ измеряется — Ом).
     • Электрическое сопротивление R это отношение напряжения на концах проводника к силе тока, текущего по проводнику.
     • Формула R=\frac

Определение единицы сопротивления — Ом

1 Ω — это электрическое сопротивление участка проводника, по которому течет ток силой 1 (ампер) при напряжении 1 (вольт).

Определение: ток в цепи пропорционален АДР цепи и обратно пропорционален сумме сопротивления цепи и сопротивления источника.

Уравнение I = Ј frac

• \varepsilon — ЭДС источника напряжения, В ;
• I — сила тока в цепи, А ;
• R — сопротивление всех внешних элементов цепи, Ом ;
• r — внутреннее сопротивление источника напряжения, Ом .

Как запомнить формулы закона Ома

Закон Ома помогает вспомнить этот закон. Искомое значение должно быть закрыто. Два других символа указывают на формулу.

.

• U — электрическое напряжение;
• I — сила тока;
• P — электрическая мощность;
• R — электрическое сопротивление

См. также.

Решайте задачи и задачи на ЕГЭ по физике с ответами и пояснениями, чтобы закрепить свои знания.