Вышеупомянутый закон Ома применим к довольно широкому спектру металлов. До тех пор, пока металл не начинает плавиться, он доволен. В случае растворов электролитов (расплавов) и сильно ионизированных газов (плазмы) область применения не так широка.
Закон Ома для полной цепи и для участка цепи: варианты записи формулы, описание и объяснение
Техник-электронщик, профессиональный электрик, не может обойти закон Ома в своей деятельности и решает задачи, связанные с созданием, настройкой и ремонтом электронных и электрических цепей.
Действительно, каждый должен понимать этот закон. Ведь каждому человеку приходится иметь дело с электричеством в повседневной жизни.
И хотя в средней школе предлагается курс закона немецкого физика Ома, на практике он не всегда изучается вовремя. Поэтому в нашем материале рассматривается такой важный для жизни вопрос и рассматриваются варианты написания газет.
Отдельный участок и полная электрическая цепь
Рассматривая электрические цепи с точки зрения применения закона Ома к цепям, следует отметить два возможных варианта расчета. Они предназначены для отдельных компонентов и целых схем.
Расчет тока в цепи
Часть цепи обычно считается частью цепи с исключенным источником ЭМС из-за дополнительного внутреннего сопротивления.
Поэтому формула в данном случае кажется простой.
Интерпретация формулы проста. Ток через часть цепи пропорционален приложенному к ней напряжению, а сопротивление обратно пропорционально.
Так называемая графическая «гирлянда». Здесь представлены все варианты формулы, основанной на законе Ома. Простые в использовании карманные инструменты: сектор ‘P’ — тип мощности — сектор ‘U’ — тип напряжения — сектор ‘I’ — тип тока — сектор ‘R’ — тип сопротивления.
Поэтому формула точно описывает зависимость тока, протекающего через определенный участок электрической цепи, от конкретных значений напряжения и сопротивления.
Например, эту формулу полезно использовать при расчете сопротивления, ввариваемого в цепь, учитывая напряжение и ток.
Закон Ома и два его следствия. Это необходимо знать всем профессиональным электрикам, инженерам-электрикам, электроникам и другим людям, связанным с эксплуатацией электрических цепей. Слева направо: 1 — определение тока — 2 — определение сопротивления — 3 — определение напряжения. Где I — ток, U — напряжение и R — сопротивление.
Приведенная выше диаграмма помогает определить, например, ток, протекающий через резистор 10 Ω при напряжении 12 вольт. Подставляя значения, получаем — I = 12/10 = 1,2 ампера.
Аналогично решается задача нахождения сопротивления (если известны ток с напряжением) или напряжения (если известно напряжение с током).
Таким образом, всегда можно найти требуемое рабочее напряжение, требуемый ток и оптимальный резистивный элемент.
Для типов, предлагаемых к использованию, параметры источника напряжения рассматривать не нужно. Однако схемы, содержащие, например, батареи, рассчитываются по другому типу. На схеме: A — подключение амперметра — V — подключение вольтметра.
Кстати, соединительные провода каждой цепи являются резисторами. Величина переносимой ими нагрузки определяется напряжением.
Поэтому, снова используя закон Ома, принимается точный выбор необходимой площади поперечного сечения проводника в зависимости от материала сердечника.
На нашем сайте представлены подробные процедуры расчета сечения кабеля в зависимости от мощности и тока.
Полные возможности расчета схемы
Полная схема уже состоит из деталей и источников ADR. Это означает, что на практике внутреннее сопротивление источника ЭМС добавляется к существующим антистатическим компонентам на участке цепи.
Последовательное и параллельное включение элементов
Компоненты схемы (части схемы) характеризуются тем, соединены ли они последовательно или параллельно.
В результате каждый тип соединения подразумевает подачу тока и напряжения с различными характеристиками. Закон Ома применяется к этому также по-разному, в зависимости от того, как подключены данные.
Цепочки антистатических элементов, соединенных последовательно
Для последовательных соединений (часть цепи с двумя компонентами) используется следующая формулировка: «цепь антистатических элементов, соединенных последовательно».
Эта формулировка ясно показывает, что ток через участок цепи остается неизменным независимо от количества последовательно включенных антистатических элементов.
Антистатические компоненты участка цепи соединены последовательно. Для этого варианта применяются различные методы расчета. На схеме: i, I1, I2 — протекающий ток- r1, r2 — элементы сопротивления- u, u1, u2 — приложенное напряжение.
Величина напряжений, приложенных к активным антистатическим компонентам схемы, является суммарной и составляет общее значение источника ADR.
Напряжение на каждом конце каждого компонента равно: Ux=I*Rx.
Общее сопротивление должно рассматриваться как сумма номинальных значений всех антистатических компонентов цепи.
Цепь из антистатических элементов, соединенных параллельно
Для серии статических элементов, соединенных параллельно, формулировка немецкого физического закона Ома считается правильной.
Когда используются параллельные и последовательные соединения, это не исключает построения компонентов схемы «смешанного» типа.
Резистивные элементы компонента цепи соединены параллельно. Этот вариант имеет свои правила расчета. На схеме, I, I1, I2 — протекание тока- R1, R2 — резистивные элементы- U — приложенное напряжение- A, B — точки входа/выхода.
Для этих вариантов расчеты обычно выполняются с первоначальным расчетом номинального сопротивления параллельного соединения. Затем к полученному результату добавляется номинальное значение последовательного сопротивления.
Интегральная и дифференциальная формы закона
Все вышеприведенные пункты расчета применимы к условиям, когда, например, в электрической цепи используются проводники «однородной» конструкции.
На практике, однако, нередко встречаются схемы, в которых структура проводника меняется от области к области. Например, используются провода с большей площадью поперечного сечения или, наоборот, провода меньшей площади из разных материалов.
Чтобы учесть эти различия, существует вариант так называемого «омического дифференциально-интегрального метода». Для небольших проводников уровень плотности тока рассчитывается как функция напряжения и значения удельной проводимости.
Дифференциальные расчеты выполняются по следующему уравнению: J=ό*E
Для вычисления интеграла применяется следующее уравнение: I *R=φ1-φ2+έ
Однако эти примеры достаточно близки к школе высшей математики и не применимы к реальной практике обычного электрика.
В большинстве случаев считается, что внутреннее сопротивление источника тока относительно мало по сравнению с сопротивлением цепи. В этом случае закон Ома применяется к замкнутой цепи с аббревиатурой I = U/R.
Формулировки и основные формулы
Закон Джорджа Ома формулируется следующим образом. Ток в проводнике прямо пропорционален напряжению на обоих концах проводника и обратно пропорционален сопротивлению проводника.
- Чем выше напряжение на проводнике, тем больше ток в этом проводнике.
- Чем выше сопротивление проводника, тем меньше ток в этом проводнике.
Определения основных параметров, характеризующих электрические цепи, известны всем со школьных уроков физики.
Объяснение закона Ома в классической теории
Формула закона, которую все знают еще с начальной школы, выглядит следующим образом
Затем можно легко вывести формулу для определения UU.
Единицей измерения тока является ампер, напряжения — вольт, а сопротивления — ом.
Этот закон применим к линейной части цепи, где сопротивление постоянно.
Закон Ома для полной (замкнутой) цепи
Замкнутая или полная цепь — это цепь, через которую проходит электричество.
Уравнение для полной цепи записывается как
где ϵ — электродвижущая сила или напряжение источника питания, не зависящее от внешней цепи.
R — сопротивление внешней цепи.
r — внутреннее сопротивление источника.
Обратите внимание, что во время эксперимента напряжение на конце используемого проводника должно быть постоянным. Это значение не должно изменяться, чтобы можно было правильно оценить зависимость тока от сопротивления.
Объяснение закона Ома в классической теории
Формула закона, которую все знают еще с начальной школы, выглядит следующим образом
Из этого можно легко извлечь формулу для определения ⻩ (U \).
Единицей измерения тока является ампер, напряжения — вольт, а сопротивления — ом.
Этот закон применим к линейной части цепи с постоянным сопротивлением.
Закон Ома для полной (замкнутой) цепи
Замкнутая или полная цепь — это цепь, через которую проходит электричество.
Уравнение для полной цепи записывается как
Где ⌘ (⌘ эпсилон ⌘) — электродвижущая сила или напряжение источника питания, не зависящее от внешней цепи.
\(r \) — сопротивление внешней цепи, и
\(r \) — внутреннее сопротивление источника.
Использование закона Ома при параллельном и последовательном соединении
При последовательном соединении компоненты цепи соединены последовательно друг с другом. Поскольку это неразветвленная электрическая цепь, ток в каждой части цепи будет одинаковым. Примером последовательного соединения являются лампочки в рождественской лампе.
Если компоненты соединены последовательно, то основные параметры электрической цепи рассчитываются следующим образом
Где ˉ(I \) — общий ток электрической цепи, ˉ(I_1 \) — ток в первой ноге, ˉ(I_2 \) — ток во второй ноге и ω(I_3 \) — ток в третьей ноге.
Где \(U \) — общая тенденция, \(U_1 \) — тенденция для первой позиции, \(U_2 \) — тенденция для второй позиции и \(U_3 \) — тенденция для третьей позиции.
Где \(R \) — общее сопротивление цепи, \(R_1 \) — сопротивление первой ноги, \(R_2 \) — сопротивление второй ноги и \(R_3 \) — сопротивление третьей ноги.
При параллельном соединении элементов цепи получается разветвленная электрическая цепь. Примером такого соединения является стандартная электропроводка в квартире. В этом случае в одном помещении можно одновременно включить несколько электроприборов и светильников.
Если компоненты соединены параллельно, то основные параметры электрической цепи рассчитываются следующим образом
Где ዄ(I \) — общий ток электрической цепи, а ዄ(I_1, I_2, I_3 \) — ток в первой, второй и третьей секциях соответственно.
Где ⌘(U \) — общее напряжение, а ˉ(U_1, U_2, U_3 \) — напряжение секций 1, 2 и 3, соответственно.
Здесь ዄ(R \) — общее сопротивление цепи, а ዄ(R_1, R_2, R_3 \) — сопротивление первой, второй и третьей части, соответственно.
Конечно, закон Ома позволяет считать значение внутреннего сопротивления АДР в полной электрической цепи пренебрежимо малым, но величина этого сопротивления сильно зависит от структуры источника АДР.
Сопротивление источника тока
Закон Ома для полных электрических цепей и уравнения для расчета его параметров характеризуют не только ток, протекающий по цепи, но и то, что находится внутри источника. 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. Их уменьшение на отрицательной и увеличение на положительной клеммах 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 при повышении 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 перпендикулярных линий.
